納米技術走向醫學:腫瘤靶點無處藏身

　　全球生物醫藥研究人員正探索可能的方法以促使納米技術提高人體健康，例如澳大利亞墨爾本大學的Frank Caruso 教授正利用自組裝技術裝配醫療用途的納米顆粒，他說：“我們研發的鑒定體系能鑒別納米顆粒的物理、化學特性，從而提高有效的遞送載荷以及實現投遞位點的特異性。對于藥物遞送而言，納米顆粒的徑長根據實際用處大約處于在20納米至1微米之間，不過值得注意的一點是，小體積的顆粒是實現位點精確投遞的必需條件，而對體積的實際限制因素包括顆粒形狀、機械性能(如彈性)，以及顆粒的表面化學特性。”

　　理想的藥物投遞系統應具有多個特征：首先，納米顆粒能攜帶藥物到達預定的目標位點;其次，該顆粒必須是生物相容的以及生理上可降解的，以致細胞器能降解納米顆粒并釋放藥物分子;最基本的要求是，納米顆粒具有無毒性。據Caruso所說，大量的聚合物是可滿足這些條件的，他和研究小組研制的基于聚合物的運載體約10納米厚能運輸藥物，這讓他們能理解納米顆粒的體積、形狀和彈性如何影響生物學作用，以及能在納米水平上控制藥物釋放和顆粒循環周期。

　　納米水平觀監視血管疾病

　　一些醫療應用可獲益于發射場掃描電子顯微鏡(FESEM)等在納米水平上提供的觀察，McCrone Associates的高級研究科學家Craig Schwandt稱，相比于掃描電子顯微鏡，新型顯微鏡最大的區別是光束縮小至1/1000和1/100之間，其僅為1納米的分辨率明顯優越于掃描電子顯微鏡的500納米，這使其能識別出更為清晰、細致的結構。

　　印第安納納米技術公司(Indiana Nanotech)的創始人Robert Karlinsey聯合McCrone Associates將FESEM應用在納米水平的牙齒醫療，該公司研發出稱為Clinpro 5000的牙膏，能降低牙齒對壓力和溫度的靈敏反應。為了了解根本原因，Karlinsey利用FESEM觀察該牙膏是否阻斷神經管向神經元傳遞信號，值得肯定的是，識別徑長范圍為100–500納米的該儀器能夠觀察1微米徑長的牙齒神經管，這一事例見證了FESEM在納米成像和醫學領域的應用前景。

　　此外，納米水平的顆粒可用于監視生理過程。德國飛利浦公司的研究人員利用納米技術和磁性顆粒成像MPI技術進行實驗，將徑長約20納米的氧化鐵顆粒注射到血液中，利用特意設定的磁場引導顆粒向指南針一樣按磁場方向排列起來，緊接著，施加交流電磁場引導納米顆粒在無磁區進行振蕩，最后用天線裝置測試與顆粒濃度相關的振蕩參數。飛利浦資深科學家和項目經理Jorn Borgert稱：“研究人員利用MPI技術可測量心臟噴射出的血液量以及任何部位的血液量。在將來，該技術可用于心血管疾病的診斷。在識別納米顆粒上，其靈敏度要比MRI高出數百倍，讓醫生了解納米顆粒分布進而對心臟系統有了全面認識。”

　　到目前為止，該技術仍處于研究階段，還未應用于患者的診斷。Borgert稱：“我們在技術方面證實其具有可行性，目前我們構建的系統是如此得大，以致于查明該技術是否能應用于全身。”

　　納米技術用于監視體內致病體

　　在美國，每年近兩百萬人受到敗血癥(由細菌、真菌或病毒感染引起)危害，而Nanosphere公司提供的、基于納米技術的儀器能讓醫療專業人員檢測出血液中的感染物，并決定使用最有效的藥物。

　　Nanosphere 公司首席執行官兼總裁William Moffitt稱：“Verigene系統中有徑長13納米、表面覆蓋寡核苷酸的金顆粒，對于血液感染樣本，Verigene顆粒因表面吸附寡核苷酸而對病原體表現出高選擇性，這使得針對特定目標的檢測非常準確。”

　　目前敗血癥的診斷方法需要72小時或更長時間，而 Verigene平臺能在2小時內提供診斷結果，其首先做的是，將收集的血液樣本放在Verigene閱讀器中(具有一個敗血癥檢測盒)，據 Nanosphere首席財政官Roger Moody稱，該閱讀器是一個能自動操作試劑以實現檢測功能的電動裝置，近來已獲得FDA的認證。

　　Nanosphere公司已有一些正在研制的其它測試法，例如，針對梭狀芽孢桿菌的臨床檢測法以及已進入臨床應用的流感檢測盒。此外還有針對細菌感染、腸道感染和遺傳性疾病等的檢測方法。

　　納米顆粒治療法

　　作為IBM公司高分子化學專家的Jim Hedrick稱，他知道讓電腦超高速運轉的芯片離不開納米技術，而和新加坡生物工程和納米技術研究所Yi Yan Yang專家討論后，他才認識到納米技術也能影響醫學。

　　Hedrick 和Yang致力于研發基于納米技術的、能發揮最大性能的抗菌劑，據Yang稱：“由于Jim具有化學方面的專業知識，我們研制的聚合物其分子量是可預見的(可在狹窄范圍波動)以及其端部基團是可控的，這正好是藥用聚合物的重要特點——因分子量不同而導致的藥理活性不同。此外，納米水平的抗菌劑具有微小的正電荷，因而被吸引到細菌上(攜帶負電荷)。”

　　他們希望利用“納米飛鏢”對抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)和耐藥性結核病菌。正如Yang所說，對于血液感染(如葡萄球菌)，需要注射療法;對于結核病，我們正研究替換的遞送方法。這是因為不同的藥物遞送方法對抗菌聚合物的量和特性都有限制，因此研究人員需要試驗以查出哪些參數能提供不同應用之中的最佳療法。例如，Hedrick近來研發的、納米水平的抗菌聚合物能治療革蘭氏陽性和陰性細菌(如葡萄球菌和大腸桿菌)以及酵母和真菌。

　　納米顆粒結合后治療癌癥

　　納米顆粒組合是其應用于藥物遞送系統的挑戰之一，不過對于休斯敦Rice大學的化學系主任W.F. Chao而言這算不上難事，他研制出僅2納米寬、40-60納米長的碳簇團，并將聚乙二醇覆蓋其表面以使得該簇團具有可溶性，最后將西妥昔單抗和紫杉醇整合到水溶性的碳簇團上。這三種成分僅需震動一些便可結合在一起(而非形成難打破的共價鍵)，這使得該藥物不需酶切割便可分解。

　　這一療法最初用于治療頭頸癌，證實有效的是，將碳簇團、抗體和藥物三成分聯合放射性療法共同使用。事實上，這兩種療法的聯合療效要超過生兩者獨立療效之和，因為放射性療法能誘導腫瘤細胞在其表面表達更多的受體，允許抗體結合在這些位點上。能夠說明問題的是，更多的靶點導致更多的藥物遞送到腫瘤細胞上。

　　其他研究者也在研究基于納米顆粒的藥物遞送系統。例如，研究人員利用納米技術可靶向腫瘤細胞表面上有限數量的受體，而這些受體中僅一些可成為藥物靶點，不過它們卻不是完全覆蓋所有腫瘤細胞的表面。此外，受體不斷地更新(舊的受體分解而新的受體形成)，這極大地限制了針對特定受體的藥物療效。加利福尼亞州 Sanford-Burnham醫學研究院的特聘教授Erkki Ruoslahti，感興趣于將腫瘤靶向的多肽整合到藥用納米顆粒上，他說：“這似乎是一個完美的結合，多肽對于靶向物具有相對低的親和力，不過整合到顆粒表面后可增強多肽的親和力，此外，還可提高有效載荷。”