《Chemical Reviews》:纳米化学和纳米医学应用于诊断和治疗

来源: X-MOL / 作者: / 2016-06-20
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纳米生物医学是将纳米材料应用于生物医学的新兴学科,具有非常鲜明的多学科交叉特点,现已成为十分火热的研究方向。随着纳米科学的发展,纳米材料所展现出的优异功能催生了其在生物医学领域的研究和应用。纳米生物医学的研究方向包括但不限于纳米生物效应与安全性、纳米毒理学、生物传感、组织工程、医学成像、药物输送、疾病(特别是肿瘤)诊断与治疗。2001年,中科院高能所赵宇亮研究员就在世界上较早的开展了纳米生物效应与安全性和纳米毒理学方面的研究工作[1],如今,很多高校和研究所都建立了与纳米生物医学研究相关的实验室;国外也十分重视纳米生物医学的发展,比如美国国家国立卫生研究院在2005年资助建立了四个与纳米生物医学相关的研究中心[2]。随着大量的人力、资金的投入,纳米生物医学方向在近15年来取得了极大的进展,与其相关的大量研究工作得到了发表,因此适时的综述和概括对纳米生物医学领域知识体系的建立具有十分重要的意义。


2016122日,Chemical Reviews在线发表纽约州立大学布法罗分校Paras N. Prasad教授和哈尔滨工业大学杨春晖(Chunhui Yang)教授等人的长文综述“Nanochemistry and Nanomedicine for Nanoparticle-based Diagnostics and Therapy”(Chem. Rev., 2016, 116 , 2826-2885),该文首先介绍了纳米化学和纳米医学的基本概念,然后重点概述了它在以纳米颗粒为基础的诊断和治疗中的应用,包括生物成像、生物传感、药物可控释放、光动力治疗、光热治疗、磁性治疗、抗菌治疗、基因治疗、纳米毒性。

目前,纳米生物医学研究较多的纳米载体有以下几类:(1)高分子载体,主要包括聚酯、聚(氨基酯)、聚酸酐、聚酰胺,例如FDA批准的PLGAPEG、壳聚糖;(2)脂质载体,主要包括磷脂聚合物纳米胶束、脂质双层囊泡结构(脂质体)、固体脂质纳米颗粒,前两种由甘油二酯组成,后一种由甘油三酯组成;(3)碳纳米材料,主要包括富勒烯、碳点、碳纳米管、石墨烯;(4)无机材料,主要包括半导体纳米材料、等离子体纳米材料、磁性纳米材料、二氧化硅系列纳米材料、上转换纳米材料;(5)一些新的纳米材料。这些纳米载体可以通过纳米化学的方法合成,例如文章中提到的有热胶体化学、微乳液化学、有机合成化学、再沉淀法、自组装、晶种法、生物合成等方法。合成的纳米载体需要进一步的表面修饰,通过表面工程和生物偶联等方法来改变载体的尺寸、表面电荷、亲水性、生物相容性、可降解性、毒性,使功能化修饰后的纳米载体更好的发挥作用。

结合综述论文,主要从疾病诊断和治疗两个方面阐述纳米材料在生物医学中的应用。

生物医学成像是很重要的疾病诊断的方法。纳米载体具有优异的光学、磁性和放射性能,因此可以很好的应用于癌症的早期检测、筛查、诊断,为治疗提供指导作用。按纳米载体的特性以及诊断目的可分为光学成像、核磁共振成像、放射性核素成像(PETSPECT)、CT成像、多模式成像等几大类。类型较多的是光学成像,是利用光散射、光吸收、光致发光(荧光、磷光)等光学过程来提供光学对比度信息,有荧光成像、磷光成像、光声成像、多光子成像、二次谐波成像、相干反斯托克斯拉曼成像、上转换成像。单一模式的成像会存在检测灵敏性低、获得的信息单一等缺点,所以,多模式成像收受到青睐,将不同类型的成像进行合理组合可提高检测能力、获得多角度信息,可以极大提高疾病诊断效率,更好的指导治疗。

疾病(特别是肿瘤)治疗是纳米材料在医学中的另一重要应用。功能化的纳米材料作为载体可实现药物的靶向运输、可控释放,达到更好发挥药效的目的。表面修饰的纳米材料负载上光敏剂、光热剂、化疗药物、磁性材料、基因后组成的复合结构也能很好的应用于光动力治疗、光热治疗、化疗、磁性治疗、抗菌治疗、基因治疗。在综述中有许多具体实例。而且,负载上不同的功能性分子可以同时实现成像指导的治疗、多模式治疗。由此可见,纳米材料在疾病治疗方面具有非常大的潜能。

另外,纳米毒性是决定纳米材料能否走向医学应用的保证和关键。这篇综述从体内和体外两个方面概述了纳米材料在生物体内应用可能遇到的毒性和安全性问题。

最后,这篇综述认为未来应该加大以下几个方面的研究:(1)合成具有诊断和治疗功能集于一体的纳米载体;(2)诊断制剂和治疗药物的靶向输送和可控释放;(3)制备新的具有独特功能的低毒性纳米载体;(4)制备可适用于不同成像模式的多功能纳米对比剂,实现快速精准诊断;(5)发展生物传感有助于个体化的分子医学;(6)高分辨率脑成像,可视化神经通路;(7)干细胞纳米技术;(8)毒性评估。

 

参考文献:

[1] 中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室网站:http://www.nanosafety.cas.cn/

[2] 维基百科“Nanomedicine”词条:https://en.wikipedia.org/wiki/Nanomedicine

[3] Chen G, Roy I, Yang C, Prasad PN. Nanochemistry and Nanomedicine for Nanoparticle-based Diagnostics and Therapy. Chemical Reviews. 2016;116(5):2826-85.

文献链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.5b00148

 

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匿名 评论: 11小时前
PNAS:解析烟瘾成因

我上瘾了!!!!!!

SB92共识值得期待!

写的很好,很有启发。

是否和当地有冲突?是否纳入新农合?是否Gov支持?

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