纳米技术与肿瘤诊疗专题

纳米技术简介

纳米技术与肿瘤诊疗

纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。在医学应用中，利用纳米技术可以制造出比人体细胞还要微小的分子工具, 这样的工具能达到药物分子的精密和准确。纳米粒子是一种微观胶质体系,其粒径一般< 1μm ,由纳米微球和纳米微囊构成。纳米粒子可以穿过组织间隙、毛细血管,通过血脑屏障及组织内皮细胞,将药物在细胞或亚细胞的水平上释放。随着医学及纳米技术的发展，科学家发现纳米技术在肿瘤的诊断与治疗中具有无可比拟的优越性，不少的研究成果已经转化为临床应用。

纳米技术在癌症诊断中的应用

纳米技术与肿瘤诊疗

在人类与癌症的斗争中，有一半的胜利是得益于早期的检测。纳米技术使得癌症的诊断更早更准确，并可用于治疗监测。

成像

当前常规的成像技术只能检测到癌症在组织上造成的可见的变化，而这个时候已经有数千的癌细胞生成并且可能会转移。而且，即使是已经可以看到肿瘤了，由于肿瘤本身的类别（恶性还是良性）和特征，要确定有效的治疗方法也还必须通过活组织检查。如果对癌性细胞或者癌变前细胞以某种方式进行标记，使用传统设备即可检测出来则更有利于癌症的诊断。要实现这一目标有两个必要条件：某技术能够特定识别癌性细胞且能够让被识别的癌性细胞可见。纳米技术能够满足这两点。例如，在金属氧化物表面涂覆可特异识别癌性细胞表面超表达的受体的抗体。由于金属氧化物在核磁共振成像（MRI）或计算机断层扫描（CT）下发出高对比度信号，因此一旦进入体内后，这些金属氧化物纳米颗粒表面的抗体选择性地与癌性细胞结合，使检测仪器可以有效地识别出癌性细胞。同样地，金纳米粒也可以用于增强在内窥镜技术中的光散射。纳米技术能够将识别癌症类别及不同发展阶段的分子标记可视化，让医生能够通过传统的成像技术看到原本检测不到的细胞和分子。

筛查

纳米技术也可以增强甚至完全变革对组织和体液中生物标志物的筛查。癌症与癌症之间，以及癌细胞与正常细胞之间由于各种分子在表达和分布上的差异而各不相同。随着治疗技术的进步，对癌症的多个生物标志物进行同时检测是确定治疗方案时所必须的。纳米颗粒——例如能够根据它们本身大小发出不同颜色光的量子点——可以实现同时检测多种标记物的目的。包被有抗体的量子点发出的激发光信号可用于筛查某些类型的癌症。不同颜色的量子点可与各种癌症生物标记物抗体结合，方便肿瘤学家通过所看到的光谱区分癌细胞与健康细胞。

纳米技术在临床治疗与监控中的应用

纳米技术与肿瘤诊疗

目前常规的癌症治疗有手术、放疗和化疗。这三种方法都存在损伤正常组织或者癌症去除不完整的风险。纳米技术提供一种直接而特定针对癌性细胞的治疗手段。

纳米载体

传统的化疗利用已知的药物有效地杀死癌细胞。但是这类细胞毒性药物除了能够杀死肿瘤细胞外，也会带来副作用，如恶心、神经系统疾病、脱发、发力、免疫功能受损等。纳米粒子可以作为药物载体将化疗药物直接递送至肿瘤，从而保全健康组织。纳米载体相比于传统化疗具有以下的有点：

• 保护药物，防止药物在抵达目标前发生分解。
• 增强药物的吸收效果。
• 帮助更好地控制药物分布到组织的时机与效果，使肿瘤学家更方便评估药物的效果。
• 防止药物与正常细胞接触，从而避免副作用。

被动靶向

目前市面上已经有几种基于纳米载体的药物通过增强透过和滞留（enhanced permeability and retention， EPR）效应而具有被动靶向作用。某些纳米颗粒由于其大小和表面特性而可以穿透血管壁进入到组织。此外，肿瘤往往存在血管渗漏和异常的淋巴引流问题，导致纳米粒子的积累，从而在肿瘤处提高了细胞毒性药物的浓度，保护了健康组织并最大限度地减少了副作用。

主动靶向

基于肿瘤细胞外分子而将药物主动靶向至肿瘤细胞的纳米颗粒技术已经近在眼前了。结合特定细胞受体的分子可以被连接到纳米颗粒上从而主动靶向至表达这些受体的细胞上。通过诱使细胞吸收纳米载体，主动靶向甚至可以用于将药物递送至癌性细胞。主动靶向与被动靶向相结合可以进一步减少药物与健康组织的反应。通过纳米技术增强的主动及被动靶向也可以提高化疗的疗效，实现以最低剂量药物最大减瘤效果的目的。

从内部破坏癌性细胞

除了利用传统的化疗药物激活正常的分子机制来诱发细胞死亡，研究者还正在开发新的技术，从癌性细胞内容通过物理方式摧毁癌性细胞。其中一种技术叫做“纳米壳”（Nanoshell），目前正处在实验阶段，利用该技术可以从细胞内部通过热量摧毁肿瘤。纳米壳经过特别设计后可以吸收不同频率的光，然后产生热量。一旦癌细胞（通过主动靶向）吸收了这种纳米壳，科学家运用纳米壳吸收的近红外光在肿瘤内部释放热量，从而选择性杀死肿瘤细胞而不会损伤附近的健康细胞。科学家也正在研发新的靶向磁性纳米颗粒，这种磁性纳米颗粒不仅可以通过MRI可视化肿瘤，还可以通过产生过高热杀死癌细胞。

最新研究成果

纳米技术与肿瘤诊疗

一种新的纳米颗粒阻止淋巴瘤获取营养

西北大学医学院的研究人员发现了一种新的纳米颗粒，这种纳米颗粒与B细胞淋巴瘤的首选营养物——高密度脂蛋白（HDL）胆固醇相似，从而诱使淋巴瘤摄取该纳米颗粒。一旦这种新型的纳米颗粒进入到癌细胞中则会堵塞细胞，阻止胆固醇进入。失去营养供给的癌细胞最终会死亡。由于黄金与生物系统良好的兼容性，这种新型的纳米颗粒也选择以黄金纳米颗粒作为核心。 [详细]

新纳米颗粒技术放大癌细胞生物标记物信号，实现癌症早期诊断

癌细胞经常会产生叫做MMP的蛋白酶。这类蛋白酶帮助癌细胞脱离它们原来的位置而四处扩散，其原理是MMP可以切开将癌细胞固定在原位的细胞外基质。麻省理工学院的科学家利用这一原理，在纳米颗粒上包被MMP的多肽底物，这种纳米颗粒在肿瘤细胞积累后被酶解后通过尿液释放，从过一定的检测手段即可实现癌症诊断。 [详细]

空心氧化铁纳米颗粒可做为多药耐药性载体

一项发表在JAMA NEUROLOGY上的研究利用多巴胺-血清蛋白作为修饰分子吸附并包裹抗肿瘤药物阿霉素（DOX）于空心氧化铁纳米颗粒中，制备出一种新型的载药模型（HIONPs-DOX）。与普通单一的药物DOX相比较，这一载药模型可以更有效地被多药耐药性的卵巢癌细胞（OVCAR8-ADR 细胞）吞噬，并能更有效杀死该种细胞。 [详细]

新纳米技术在磁场下诱发癌细胞程序性死亡

韩国研究人员把添加了锌的氧化铁纳米粒子附着在结肠癌细胞上，其会自然地与抗体结合。随后抗体牢牢地黏着在依赖于DLD-1结肠癌细胞生存的“死亡受体4”（DR4）上。在施加磁场后，死亡受体会发出信号告知系统攻击癌细胞，此时再送出化学药品就能顺利地杀死肿瘤。 [详细]

纳米粒子递送siRNA至肿瘤细胞内部破坏癌细胞的mRNA

麻省理工学院和哈佛大学的研究者开发出了一种新的纳米粒子递送系统，可将siRNA递送至肿瘤细胞内部，破坏肿瘤细胞的mRNA，达到消除肿瘤的目的。这种纳米粒子外面有一层膜，内部是RNA链与蛋白质的混合。粒子进入肿瘤细胞后，蛋白质—RNA混合物能穿过膜层进入细胞内部，开始破坏mRNA。经过对卵巢肿瘤小鼠的实验，研究人员发现，通过RNAi纳米粒子治疗，能消除大部分的肿瘤。 [详细]

纳米颗粒技术可定向定量地治疗肿瘤

Cerulean公司研发了一种新型纳米载体，纳米颗粒就像缓释包装，而不是将治疗癌症的药物一次性都作用在肿瘤身上。纳米颗粒慢慢地破裂，一点点地释放出药物。在Cerulean公司的纳米颗粒中，药物则和纳米颗粒形成化学连接。药物随着化学键的断裂而被释放出来，这一过程部分是由人体内一种尚不清楚的酶来控制的。通过使用不同的化学连接物可对药物的释放比例进行调节。 [详细]

纳米载体携带药物深层渗入大脑内部

美国约翰霍普金斯大学的研究人员说，他们已设计出一种改进的纳米颗粒，它能够安全和可预见性地深入渗透进大脑之中。此外，研究人员发现一种方法来阻止嵌入药物的纳米颗粒附着到它们的周围环境之中，这样当进入大脑时，它们能够扩散开来。 [详细]

超稳定RNA纳米技术治疗癌症及病毒感染

肯塔基大学华人科学家郭培宣领导的研究团队研发了一种超稳定RNA纳米颗粒。这种稳定的X形状的RNA携带4个治疗和诊断模块，可用于基因干涉的小干扰RNA(small interfering RNA)，对基因表达具有调控作用的micro-RNA，针对癌细胞的核酸适体(aptamer)，或者是能催化化学反应的核糖酶。 [详细]

纳米技术治疗癌症应用实例

纳米技术与肿瘤诊疗

MagForce AG是一家获得欧盟批准的，将纳米技术用于癌症治疗的德国公司。该公司在德国查理特大学医学院（Charité-Universit?ten medizin Berlin）的NanoTherm?治疗中心可以提供癌症的纳米治疗。2013年这家公司计划在德国成立更多的这种治疗中心。

MagForce AG研发的这种纳米疗法的原理是将包含氧化铁的纳米颗粒注射到肿瘤中去。患者然后被置于一个产磁场装置中（NanoActivator?），这种机器能够产生对人体安全的交变磁场。通过这种高频磁场，纳米颗粒开始震荡并在肿瘤组织内部直接产生热量，从而使肿瘤细胞要么被直接摧毁，要么变的对放疗或化疗变的更加敏感。