纳米技术在医学应用

顾建文，解放军306医院

纳米技术作为21世纪的核心技术之一，对推动各领域科技进步起到了至关重要的作用。众多研究已证实，纳米技术可在医疗、制药、生物科学、化学以及信息技术等多个领域得到应用。显而易见，纳米技术在医学、生物工程和药学领域的深入渗透及其影响是显著的。纳米技术在医学领域的应用中，纳米机器人尤为引人注目，它能够在生物医学工程领域扮演微型医生的角色，有效解决了传统技术难以克服的难题。纳米技术在药学界扮演着关键角色，其中药物纳米控释系统作为一种新兴的药物输送方式，受到了广泛关注。这一系统在靶向治疗、精准定位给药、黏膜吸收以及基因治疗和蛋白多肽的稳定释放等众多领域展现出其独特的优势，且其优越性在上述应用中无可比拟。

纳米技术，这一综合性的技术体系，涉及在纳米尺度对物质进行制造、探究以及工业化应用，并借助纳米尺度物质开展跨学科研究和工业化进程。研究业已证实，纳米技术能够在医学、药学、生物学、化学以及信息技术等多个领域得到应用，进而对无创微创医学领域产生显著影响。现就纳米技术在医药学领域中的研究应用进展综述如下:

纳米技术在医学领域中的研究和应用进展

纳米机械装置与传感器的问世，得益于纳米技术的进步。纳米机器人，亦称作分子机器人，这一结合了纳米机械装置与生物系统的创新成果，成为了纳米技术在医学应用中极具吸引力的领域。在生物医学工程领域，纳米机器人能够扮演微型医生的角色，攻克传统医生难以克服的难题。它们能够被注入人体血管，成为在血管内部运作的分子机器人。这些分子机器人能够从血液中的葡萄糖和氧气中汲取能量，并且能够根据预设的程序，通过接收外部声信号来探测所遇到的任何物体。它们具备执行全身健康检查的能力，能够疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉上的脂肪沉积，吞噬病菌，消灭癌细胞，以及监控体内的病变。这些功能无疑将为现代医学的诊断与治疗带来一场颠覆性的变革。在现代医学领域，X线透视、血管造影、CT扫描以及磁共振成像等检查方法对于疾病诊断至关重要，而借助机器人的力量，我们不仅能进行疾病诊断，还能同时进行疾病治疗。纳米机器人具备修复人体器官的能力，诸如对受损器官和组织的修补、实施美容手术、执行基因组装任务等。这包括从基因中移除有害的DNA，或在基因中植入健康的DNA，以确保机体的正常运作，甚至逆转引发癌症的DNA突变，从而延长人的寿命。此外，纳米机器人还能修复大脑及其他器官的冻伤，使经过低温保存的人得以复苏。

DNA纳米技术，基于DNA的理化特性进行设计，其核心应用在于分子层面的组装。此外，DNA技术的进步也对DNA纳米技术的完善起到了推动作用。

纳米技术及基因治疗技术代表了治疗领域的重大突破，当质粒DNA被导入目标细胞中，它能够校正遗传缺陷或生成治疗性物质。纳米技术能够使DNA通过主动靶向的方式在细胞内特定位置定植；通过将质粒DNA浓缩至50至200纳米的尺寸并赋予其负电荷，可以增强其进入细胞核的能力；至于质粒DNA最终能否精确插入细胞核DNA的特定位置，这又与纳米粒子本身的尺寸和结构密切相关。

医学领域将人体疾病的诊断与监测视为关键环节，而纳米颗粒技术在这一领域已经得到了广泛的应用。借助纳米颗粒，医学诊断与监测过程得以简化kaiyun.ccm，同时提高了精确度。光学相干层析术（OCT）的分辨率能够达到1微米级别，凭借这样精确的检测手段，我们或许能够将疾病控制在初始阶段，无需等到生命晚期通过CT或磁共振扫描才发现癌组织的病变。

微小探针技术能够植入人体，依据不同的诊断与监测需求，它能够精准地放置于体内各个部位，甚至可以随着血液循环在体内流动，并实时将体内各类生物信息传递至体外记录设备。这种技术有望在21世纪的医学领域内成为常规应用。

由于纳米粒子体积远小于红细胞，它们能够在血液中自如游走，因而能够将无害的纳米粒子注入人体各个部位，以便进行病变的检测和实施治疗。据研究显示，动物实验数据表明，将含有地塞米松的乳酸-乙醇酸共聚物纳米颗粒通过动脉注射的方式注入血管，能够有效治疗动脉再狭窄现象；同时，采用冠状动脉注射含有抗增生药物的乳酸-乙醇酸共聚物纳米颗粒，能够有效阻止冠状动脉再狭窄的发生。除此之外，含有抗生素或抗癌药物的纳米高分子材料，能够通过动脉输送途径进入人体，服务于某些特定器官的临床治疗需求。此外，这些携带药物的纳米颗粒，还能被加工成乳液形式，适用于肠外或肠内注射；同样，它们还可以制成疫苗，用于皮下或肌肉注射。

纳米技术在药学领域中的研究和应用进展

纳米技术在药物领域的关键运用主要体现在药物纳米控释系统上。这种系统利用纳米级的聚合物粒子作为药物输送与控制的媒介，构成了一个创新的药物控制释放机制。该系统涵盖了纳米粒子以及纳米胶囊两大组成部分。纳米控释系统因其独特的特性，在药物输送领域展现出诸多优势，包括能够实现药物的缓慢释放，从而延长其作用时长；实现药物靶向输送；在确保药物效果的同时，降低给药量，减少或消除副作用；增强药物的稳定性，便于储存；并开辟了新的给药方式，如体内局部给药、黏膜吸收给药以及多肽药物的口服给药等。

纳米控释系统用于携带多肽和蛋白类药物，随着分子生物学和技术的进步，这类药物在治疗效果上展现出超越传统药物的潜力。然而，它们也存在一些特有的不足：首先，在口服过程中，多肽类药物容易被胃肠道中的蛋白水解酶分解，因此通常需要通过注射途径给药；其次，它们的生物半衰期非常短暂，这就意味着需要频繁给药；最后，大多数多肽类药物难以穿越生物屏障。这些不足之处对它们的实际应用构成了限制，然而，纳米控释技术则能有效地解决这些问题。Ga utier等人研发的含有生长激素释放因子（GRF）的聚氰基丙烯酸异己酯纳米粒子，在动物皮下注射后能够持续释放GRF，这种释放能够使血浆中的GRF水平保持稳定，长达近24小时。相比之下，直接注射游离的GRF，血浆中的GRF水平在注射后2分钟内达到峰值，而100分钟后就不再能检测到，这表明纳米粒子负载的GRF的生物利用度显著增强。口服蛋白质多肽类药物的途径，始终是研究的热点，而纳米控释技术则显著提升了这类药物的口服效果。众多研究指出，通过合理包覆药物分子，能够实现对其的保护，同时增强其被吸收和利用的能力，从而产生显著的生物学效应。以界面聚合法为例，可以制备出稳定且均匀的含胰岛素的聚氰基丙烯酸异己酯（PACA）纳米胶囊。Damg e 等研究者指出，在糖尿病大鼠和糖尿病狗的实验中，通过不同剂量的口服PAC A胰岛素，能够实现1至3周的血糖降低效果。

采用纳米控释技术来输送核苷酸，具备诸多显著优势，包括有效保护核苷酸免受降解；促进核苷酸进入细胞并实现精准定位；以及实现核苷酸的定向输送。Chavany 等人针对聚氰基丙烯酸烷基酯纳米粒子吸附寡核苷酸的影响因素进行了研究，结果表明，无论是在缓冲液还是细胞培养基中开元棋官方正版下载，附着于纳米粒子表面的寡核苷酸均展现出对核酸酶的抵抗能力，有效阻止了核苷酸的降解过程。此外，通过细胞对纳米粒子的吞噬作用，显著提升了寡核苷酸进入细胞内的数量，并增强了其在细胞内的稳定性。

输送免疫调节剂、抗肿瘤药和抗病毒药的纳米控释系统

纳米控释系统在作为抗恶性肿瘤药物输送手段方面，具有极大的应用潜力。鉴于恶性肿瘤细胞具备较强的吞噬功能，且肿瘤组织血管的渗透性较高，因此，通过静脉途径注入的纳米粒子能够有效输送到肿瘤部位，这不仅提升了治疗效果，还能降低药物的使用剂量和减轻毒副作用。体内与体外实验均证实，将亲脂性免疫调节剂如胞壁肽二肽或胞壁肽三肽与胆固醇结合装载入纳米囊，其对于抑制转移性肿瘤的效果，相较于未结合的制剂，显著更佳。例如，阿克拉霉素A与氰基丙烯酸异丁酯形成的纳米粒子在体内外对肝细胞瘤的抗肿瘤效果，均显著超越游离状态的阿克拉霉素A。

纳米粒子因其微小的尺寸，在进入人体循环后，主要被网状内皮系统中的白细胞、单核细胞和巨噬细胞所吞噬。该系统主要由肝脏、脾脏和骨髓构成。当含有药物的纳米粒子进入血管，它们会精准地作用于网状内皮系统。文献资料显示，延长纳米粒子在体内循环时间的策略，主要涉及以下几个方面：首先，通过直接降低RES系统的吞噬活性；其次，采用高分子材料对纳米粒子进行包覆处理；此外，研究还发现，采用聚乙二醇和非离子表面活性剂进行包衣的纳米粒子，其被肝、脾摄取的量显著减少，从而显著延长了其在体内的循环时间；最后，体外磁性导向技术也被作为一种延长纳米粒子体内循环时间的方法。部分研究者通过合成含有磁性成分的药物载体纳米颗粒，并借助外部磁场的作用，实现了药物向特定部位的定向输送。采用抗体进行纳米颗粒的表面修饰，不仅能够增加其在体内的停留时间，还能使纳米颗粒精准地定位到目标区域。例如，氟尿嘧啶类脂质纳米颗粒展现出显著的肝脏靶向特性。有人将较新的抗癌药物紫杉醇封装于聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子内kaiyun全站网页版登录，通过荷瘤小鼠的体内实验，观察肿瘤体积的减小和存活时间的延长，以评估其药效。实验结果显示，含有紫杉醇的纳米粒子在相同浓度下，其治疗效果相较于游离的紫杉醇有显著提升。近期，有关将抗人类免疫缺陷病毒药物嵌入纳米粒子内部的报道逐渐增多，这种做法的主要优势在于能够优化药物的药代动力学特性，同时实现药物对网状内皮系统的精准输送，进而提升药物的疗效。

纳米控释技术用于输送抗寄生虫和抗菌药物，针对利什曼原虫感染，这种疾病在全球范围内具有较高的发病率和死亡率，传统药物治疗效果不佳，且毒性较大。此技术能够增强药物在单核巨噬细胞中的抗病能力。据Ga spar的研究报告，含有伯氨喹的聚氰基丙烯酸己酯纳米囊在体外巨噬细胞中对杜氏利什曼原虫的抑制作用，比游离伯氨喹强出21倍。纳米控释技术在治疗体内寄生虫感染方面也展现出卓越的效能。目前，关于纳米控释系统在抗菌药物领域的应用，主要限于体外实验的研究成果。例如，纳米颗粒能够提升小鼠腹腔巨噬细胞和大鼠肝细胞对庆大霉素的吸收能力，这一特性使其有望成为细胞内药物输送的有效手段，进而应用于细胞内化疗。

输送其它药物纳米控释系统

眼科用药中的载药纳米粒子胶体悬液滴入眼睛后，能够提升药物通过角膜的吸收效率，进而增强或延长其药效，同时减少非角膜部位的吸收，降低副作用。特别是那些含有Car teolol的聚己内酯纳米粒子或纳米囊，与市售的Car teol滴眼剂相比，能够显著降低眼内压，并且显著减少心血管系统的不良反应。Calvo等人研究发现，含有环包素A及消炎痛成分的聚己内酯纳米粒子或纳米囊，均能有效提升药物透过角膜的吸收率。

中枢神经系统用药往往需持续服用，纳米控释技术能够实现药物的缓慢释放，对于慢性病治疗药物尤其适用。Allemann等研究者利用乳液聚合技术制备了含有抗精神病药物Savoxepine的聚乳酸纳米颗粒，在体外实验中观察到，这些纳米颗粒的药物释放过程因颗粒大小和药物含量的不同，其持续时间可以从数小时延长至30多天。经过适当的处理，纳米控释系统能够跨越血脑屏障，将药物精准地输送至中枢神经系统，从而发挥其效用。例如，对含有dalar gin的聚氰基丙烯酸丁酯纳米粒子进行吐温80修饰后，将其注入小鼠体内，药物便能够穿过血脑屏障，并且展现出镇痛效果。

神经节苷脂的口服生物利用度不高，通常只能通过非胃肠道给药方式使用。为了提高其口服适用性，Po la to 等研究者制备了神经节苷脂的聚氰基丙烯酸烷基酯纳米微球和纳米囊，实验结果显示，纳米囊的药物承载能力最为突出。美国密歇根大学儿童心血管领域的Levy教授领衔的研究团队，创新性地将纳米级药物释放系统与导管介入疗法相结合，实现了心血管内部局部用药，旨在预防和治疗血管成形术后可能出现的再次狭窄现象。此外，新型补钙药物——999纳米钙，通过超微化技术对碳酸钙晶型进行重组，有效提升了钙制剂的溶解速度和吸收效率，进而增加了生物利用度，成为钙剂研究领域的重要发展方向。当纳米钙与伊可新联合应用时，两者发挥协同效应，显著增强钙的吸收，提升治疗效果。此外，这种组合还能减少儿童夜间惊醒现象，改善睡眠质量，预防佝偻病的发生，并促进儿童的生长发育。

纳米技术的进步在医学界预示着医学将迈向一个超微时代，这一领域的发展还将催生一门崭新的学科——纳米医学。它将推动诊断、检测手段以及临床治疗向更小、更细致、更微量的方向演进，实现微创甚至无创操作，同时加快速度、实现实时监测、动态调整，并具备功能性和智能化特点。纳米技术在药学界的发展趋势预示着药物将具备缓释和靶向等特性，同时有望增强药效并降低副作用。此外，药物制造过程将朝着低成本、高效能、自动化及规模化方向迈进。综合来看，纳米技术在医学与药学领域的应用前景广阔，有望引发一场新技术变革，进而为增进人类健康、提升生命品质作出新的贡献。