纳米医学

随着纳米生物医药发展起来用纳米技术解决医学问题的学科。包括应用于纳米技术的诊断器械和纳米化的常规药物等。

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深入解读纳米医疗的研究现状

来源:生物谷 2017-05-26 15:59

如今,纳米技术已经成为21世纪的关键技术之一,其推动了各个研究领域的迅猛发展,当然纳米科技对医学研究的影响也是显而易见的。比如在生物医学研究中纳米机器人可充当“微型医生”,解决了医生用传统技术难以解决的问题。同时纳米科技在癌症治疗、疫苗开发、HIV治疗以及多种疾病的诊疗中也发挥着关键作用。

纳米疗法与癌症治疗

最近,来自美国梅奥诊所等机构的研究人员通过研究开发出一种新型的抗癌纳米颗粒(doi:10.1038/nnano.2017.69),这种纳米颗粒能够让乳腺肿瘤萎缩的同时还能够阻止疾病再次复发。研究者Betty Y.S. Kim博士在文章中指出,在这项概念验证研究中,我们吃惊地发现这些接受这种纳米颗粒治疗的小鼠表现出持久的抗癌效应。不同于现存的仅靶向免疫系统一部分的癌症免疫疗法,我们专门设计的纳米颗粒积极地调动整个免疫系统来杀死癌细胞,促进身体产生它自己的记忆系统,从而使得肿瘤复发最小化。这种纳米药物还可靶向不同类型的癌症和其他的人类疾病,包括神经血管疾病和神经退行性疾病。”

近年来,随着精准医疗概念的提出,科学家在对癌症新疗法的开发上也有了不同的见解。许多科学家认为个性化疗法或许是未来人类彻底击败癌症的关键所在。然而,来自美国密歇根大学的研究人员就尝试着开发出了一种新的纳米疫苗,研究人员首先通过基因测序等方式确定患者自身肿瘤细胞上相关突变基因,然后利用人工合成的高密度脂蛋白作为载体,将这些患者特异性抗原输送进入体内,用于“训练”患者机体免疫系统产生肿瘤杀伤性T细胞,以治疗癌症。

随着对纳米医疗研究的不断深入,有些研究人员就得到了意外的研究发现,2016年,发表在国际杂志Nature Nanotechnology上的研究报告中,来自斯坦福大学医学院的研究者就发现,利用纳米粒子就可以激活免疫细胞,进而杀死肿瘤;研究人员通过对小鼠进行实验发现了上述现象,当时研究者想测试一种铁补充剂中的纳米粒子能否作为“特洛伊木马”,把用于化疗的药物偷偷地带入小鼠的肿瘤中。他们却意外发现,铁补充剂中的纳米粒子能够促使巨噬细胞(TAM,与肿瘤相关)杀死肿瘤细胞。研究者Daldrup-Link认为,未来,这种纳米粒子或许能够帮助无法完全移除体内肿瘤的癌症病人进行疾病治疗得以康复。

此前,来自美国芝加哥大学的研究人员就基于纳米颗粒开发出了新型的组合性免疫疗法来帮助治疗癌症;而来自米兰的研究人员通过研究(doi:10.1007/s12274-016-1035-8),将小型的纳米金颗粒吸附到前沿的细胞因子疗法中,他们认为这或许可以更好地增强疗法的作用,研究者Helen Rippon说道,利用纳米医学中的金来治疗癌症是一个新型且让人非常兴奋的研究领域。2016年6月,有研究人员就报道(doi:10.2217/nnm.15.218)利用纳米载体跨越血脑屏障来靶向治疗脑癌,研究人员通过利用纳米载体将化学药物定向运输到大脑中实现了将脑部肿瘤细胞大量杀灭的目的;尽管目前该技术仅仅在小鼠水平得到了验证,但如果能够同样适用于人体的话,将会导致新的治疗脑癌的疗法的产生。

近年来,肿瘤医生和科学家们都寄希望于纳米技术带来的突破性变革。此前有研究者尝试利用纳米气泡“炸死”机体中残余的癌细胞,而在过去十年里,德克萨斯州休斯顿的莱斯大学和其它科研工作者率先对这一方法进行了初步探索。他们认为这种金原子组成的纳米簇可以作为对抗癌症有力的武器。通常情况下,几乎所有的实体瘤内的血管都有渗漏,那么将金原子纳米簇注射到血液中,它们就会倾向于通过肿瘤血管渗透在肿瘤细胞周围聚集。同时这些癌细胞会吞噬这些纳米粒子。一旦进入细胞,这些纳米粒子就好比"特洛伊木马"一样,利用可穿透数厘米厚组织的红外激光照射"击中"这些金原子,这些纳米簇会瞬间产生巨大热能,将周围的组织液气化,产生一些纳米气泡将癌细胞撕裂或"炸掉"。

由此可见,近年来纳米技术在癌症治疗领域发挥了巨大的作用,不仅如此,纳米技术还在疫苗开发以及其它研究领域大放光彩。

纳米技术与疫苗

去年,昆士兰大学的研究人员Mark Kendall通过研究开发出了一种新型的纳米贴(nanopatch),这种纳米贴能够提供一种疫苗运输的新型途径,而这无疑是160年以来古老注射疫苗方法的一个革命性创新。研究者认为,这种纳米贴片能够适合于疫苗运输来靶向作用免疫细胞,从而使得疫苗注射的成功率提高,比如流感疫苗、脊髓灰质炎以及霍乱疫苗等。

纳米贴片的开发为疫苗的运输策略带来的极大的革新,这种新型技术或许还能够明显减少疫苗开发过程的花费,并且使得疫苗在全世界范围内都可用。而且这并不仅仅是一个好消息,研究者Mark Kendall和其同事目前正在布里斯班利用纳米贴片进行人类临床试验,而且WHO也计划2017年在古巴开展脊髓灰质炎疫苗的试验。

此前,一项刊登于国际杂志Nanoscale上的研究报告中(doi:10.1039/C5NR08821F),来自美国国家生物医学成像和生物工程研究所的研究人员开发了一种新型纳米疫苗,其可以帮助开发出治疗癌症免疫疗法的新方法而且降低疗法的副作用;这种纳米疫苗可以有效运输特殊的DNA序列至免疫细胞中,这种来源于细菌DNA中的序列可以被用来诱发机体的免疫反应,同时该疫苗还可以保护机体中的DNA免于被破坏。不光如此,早在2014年,美国加州大学圣地亚哥分校纳米工程师就开发出一种“纳米海绵疫苗”,经小鼠实验证明,其能大量吸收耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)产生的成孔毒素——无论在血管还是在皮肤,因此能预防MRSA放出的alpha-溶血素造成的影响恶化,可作为一种安全高效的抗毒素疫苗。

纳米技术与HIV

除了在癌症治疗和疫苗开发中的应用外,科学家们还利用纳米科技在HIV的研究中取得了众多的研究进展,此前来自中国的科学家通过研究开发了类病毒样富勒醇纳米颗粒作为HIV疫苗的佐剂,这对于艾滋病疫苗的研发具有重要的实际意义。纳米医学是应用纳米技术进行疾病预防和治疗的新领域。这个逐步发展的学科有望为医学科学研究带来巨大改变,目前已经有许多临床治疗和诊断方法受到纳米医学技术的影响。2016年10月,来自英国利物浦大学的研究人员进行了一项新研究,他们希望通过纳米技术改善对HIV病人的药物治疗。到目前为止临床上仍然没有可以用于HIV治疗的口服纳米治疗药物,借助新开发的快速小规模纳米医学筛选方法,研究人员就找到了一种新型水溶纳米治疗方法。

2017年在美国西雅图市举办的逆转录病毒与机会感染会议上,英国利物浦大学的研究人员宣布了他们的最新研究成果,他们通过研究,利用纳米技术有效改善了用于治疗HIV感染者的药物疗法,而且在临床试验中研究者也取得了较好的结果。不仅如此,来自加拿大的研究人员也通过研究设计并合成出一种纳米尺度的DNA机器,该机器的定制修改特性可支持识别特定的目标抗体,这一研究成果将给目前缓慢、繁琐且昂贵的抗体检测过程带来革命性变化,有助于诊断风湿性关节炎、HIV等感染和其他自身免疫性疾病,从而减少疾病治疗延误,降低治疗开支。

纳米科技与疾病诊断

胰腺癌是癌症死亡的主要原因之一,这是因为在早期阶段,它通常是无法检测到的。近日,来自美国亚利桑那州立大学的科学家们开发出一种快速的廉价的基于纳米颗粒的胰腺癌诊断方法(doi:10.1038/s41551-016-0021),该方法是基于胰腺癌释放的囊泡表面上的一种生物标记物而开发的。近期,发表在国际杂志Nature Communication上的一项研究报告中(doi:10.1038/ncomms14378),来自阿尔伯塔大学的研究人员正在领跑一场使用纳米机器改善病人疾病诊断和药物输送的竞赛,在研究中研究人员描述了如何在活细胞内合成DNA马达,此前这个过程只能在试管中完成,而这项研究中,研究者展示了如何在活细胞内使用DNA马达完成特殊的生物学功能;研究者通过DNA酶及其底物创造了一个纳米器件,该纳米器件有需要的燃料、DNA轨道及分子开关。这个设备被用于检测乳腺癌细胞中的一种特殊的microRNA,当它与靶分子结合后,DNA马达会被打开,从而产生荧光。研究人员就能够通过检测荧光强度判断哪些细胞是癌细胞,这项技术在疾病早期诊断领域具有巨大的潜力。

纳米科技与其它疾病

纳米科技不管在上述疾病的研究中发挥着巨大作用,其还能够帮助研究者对其它疾病或疗法的开发带来帮助。比如来自瑞士洛桑联邦理工学院的科学家们开发出了可遥控的纳米机器人用于多种疾病的治疗(doi:10.1038/ncomms12263);还有来自德国环境健康研究中心的研究人员开发出了一种新型纳米颗粒载体,其能在人类和小鼠的肺部的肿瘤位点实现位点选择性地释放药物分子,这种新型的纳米载体或可将肺癌药物的作用效率提高25倍。

不仅如此,2016年来自中国香港理工大学的研究人员开发出了一种新型的,用于进行流感和其它病毒快速检测的纳米生物传感器,可以将试验时间从原先的1-3天缩短到如今的2-3小时,相比传统临床方法而言速度要快10倍以上,同时每份样品仅需要花费20元港币,相比传统检测费用降低了80%;因此这种新型技术就可以被广泛用于检测不同种类的病毒,为后期开发低成本、快速且超灵敏的病毒检测技术提供了新的思路(doi:10.1021/acsnano.5b05622)。

未来,随着科学家们对纳米科技的不断应用和深入研究,相信新型的纳米技术会不断诞生,而科学家们也会通过不懈的努力基于纳米技术开发更多对疾病进行诊疗的新型工具或技术,从而更多地造福于人类健康。

纳米科技近年来已成为医疗健康产业热门领域之一,在2017年6月30日即将召开的“中国光谷”国际生物健康产业博览会上,主办方特地设置了“中国纳米医药产业高峰论坛”,由纳米药物国家工程研究中心组织承办,诚邀全国纳米医疗科技行业人士共襄盛举。

除了纳米医药产业高峰论坛,此次生博会还策划的其它10余场精彩论坛,包括亚洲生物技术高峰论坛、医研企协同创新模式论坛、基因产业发展高峰论坛、国际健康管理与智慧医疗产业发展高峰论坛、生物药研发新技术及临床前研究高峰论坛、第六届中国国际免疫治疗创新论坛、第三届中国先进体外诊断技术与应用论坛、第二届中国光谷生物健康产业投融资论坛、2017医疗大数据与医学人工智能高峰论坛、第一届光谷农业生物技术创新论坛等,云集200多位行业领军人物带来精彩演讲。

正式开幕前,生博会官方提供线上线下的观众及展商注册与服务:线上注册可登录大会官方网站www.ovc-bioexpo.com.cn在线注册,或关注“武汉光谷生博会”微信公众号在线报名;线下观众注册、展商预定展位,可致电027-87206886。
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