淺析納米材料在癌癥診斷與治療方面的應(yīng)用

劉嘉豪

摘 要 癌癥的發(fā)病率日益增高，已經(jīng)成為危害人類健康的重大疾病，由于其本身的復(fù)雜性和特殊性，傳統(tǒng)的診斷和治療方式在臨床上已經(jīng)顯現(xiàn)出不足，因此人們致力于開發(fā)新型的診療方式。近些年，納米技術(shù)的興起為癌癥的診療提供了新思路，利用納米材料不僅可制備癌癥診斷的探針，還可作為載體裝載抗癌藥物進(jìn)行治療。文章介紹幾種代表性納米材料在癌癥診斷和治療上的應(yīng)用情況，并為其未來的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 癌癥；納米材料；診斷探針；治療

中圖分類號 R73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）229-0195-02

近年來，癌癥成為了威脅人類健康的第一殺手，在我國胃癌、肝癌和肺癌是3種發(fā)病率最高的癌癥。早期的癌癥難以發(fā)現(xiàn)，而癌細(xì)胞又易通過淋巴血管等途徑轉(zhuǎn)移擴散，導(dǎo)致癌癥的治愈居高不下。目前臨床癌癥的治療方法是手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)治療[ 1 ]。然而，手術(shù)治療存在高風(fēng)險、創(chuàng)傷面積大和易復(fù)發(fā)的缺點；放療和化療在殺死癌細(xì)胞的同時會損傷機體的正常細(xì)胞，導(dǎo)致正常生理功能受損。因此，人類急需開發(fā)新型的癌癥診療策略攻克這一醫(yī)學(xué)難題。納米技術(shù)的飛速發(fā)展為癌癥的診斷和治療帶來了新的策略，納米材料具有良好的光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)，利用這些性質(zhì)，人們可以開發(fā)出檢測腫瘤標(biāo)志物的傳感器進(jìn)行癌癥診斷，也可以制備藥物載體進(jìn)行靶向釋放藥物。

通過不斷優(yōu)化納米材料，人們構(gòu)建起來穩(wěn)定、高效的納米診斷系統(tǒng)和治療系統(tǒng)，這將為癌癥的診療提供強大的技術(shù)支持，納米材料在癌癥的診療中的應(yīng)用具有諸多優(yōu)勢，如檢測信號強特異性高、對癌細(xì)胞具有選擇性和特異性、能降低藥物的劑量減輕藥物的副作用等[2]。然而，目前大多數(shù)納米材料的應(yīng)用研究都停留在基礎(chǔ)階段，特別是在癌癥的診療過程中面臨安全性和代謝等問題，因此開發(fā)性能優(yōu)良的納米材料依然是今后科研工作的重點。

1 超順磁鐵氧化物納米顆粒

超順磁鐵氧化物納米顆粒通常是人工合成的磁性納米顆粒，包括納米級的γ-氧化鐵、α-氧化鐵和四氧化三鐵。這些納米顆粒具有超順磁性，在磁場作用下能夠迅速磁化，并達(dá)到磁飽和狀態(tài)，當(dāng)磁場消失后，又能立刻去除磁化作用，因此能夠?qū)ζ溥M(jìn)行導(dǎo)向標(biāo)靶，引導(dǎo)其到達(dá)生物組織的特定部位，提供診斷和治療的靶向性。超順磁鐵氧化物納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用要滿足以下條件：1）顆粒尺寸在1nm～100nm之間；2）表面電荷穩(wěn)定；3）易于包覆修飾及鏈接配體和藥物。

由于超順磁鐵氧化物納米顆粒具有超順磁性，在核磁共振成像中，人們常將其作為增強磁信號的造影劑，以提高核磁共振成像的效果[3]。超順磁鐵氧化物納米顆粒在核磁成像過程能夠在外界磁場的作用下被迅速磁化，磁化的納米顆粒能夠在生物組織的特點部位能顯著提高核磁共振成像的對比度，彌補了普通核磁共振成像在特定位置成像效果不足的缺點。此外，超順磁鐵氧化物納米顆粒具有較高的生物安全性，其中Fe3O4已經(jīng)被批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床作為核磁共振檢測的造影劑。除了診斷功能，超順磁鐵氧化物納米顆粒也可以作為藥物載體應(yīng)用在癌癥的治療方面[3]，將抗癌藥物裝載在納米顆粒的表面，由于其順磁性的特點能夠?qū)⑺幬镌谔囟ǖ陌悬c進(jìn)行釋放，并使抗癌藥物集中釋放，不被吞噬細(xì)胞和免疫系統(tǒng)攝取，而且不會引起血管的堵塞產(chǎn)生血栓等反應(yīng)。

此外，如果在交變磁場的作用下，超順磁鐵氧化物納米顆粒藥物載體可以產(chǎn)生一定的熱量，該熱效應(yīng)也有治療的作用，會與藥物治療一起協(xié)同進(jìn)行腫瘤的消除。超順磁鐵氧化物納米顆粒也可以同時實現(xiàn)核磁診斷和藥物載體的雙功能，進(jìn)行疾病的診療一體化研究，盡管這種材料的研發(fā)還在起步階段，但是其特殊性具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ谖磥硪欢〞榘┌Y的診療做出巨大的貢獻(xiàn)。

盡管超順磁鐵氧化物納米顆粒存在諸多優(yōu)勢，但目前這一材料的應(yīng)用仍然有一定局限性，如作為藥物載體使藥物釋放過早，難以進(jìn)行藥物緩釋；建立梯度磁場進(jìn)行磁性材料的診斷需要的設(shè)備昂貴，成本高，基層醫(yī)院難以普及等。因此，人們還需要研發(fā)出材料的表面修飾技術(shù)，以實現(xiàn)磁性納米材料的智能化，使超順磁鐵氧化物納米顆粒的藥物載體能調(diào)控藥物釋放的時間，同時降低診斷設(shè)備的生產(chǎn)成本，提供核磁診斷的普及率。

2 貴金屬納米顆粒

貴金屬納米顆粒通常包括金、銀和鉑等貴金屬納米材料，目前材料學(xué)家在實驗室條件下，已經(jīng)能夠通過不同的合成條件制備出多種形態(tài)的貴金屬納米顆粒，如球形、棒狀和星形等。貴金屬納米顆粒的形態(tài)通常能夠決定材料的理化性質(zhì)，如球形的金納米材料在可見光區(qū)通常有較強的吸收光譜，而棒狀的金納米材料則在近紅外區(qū)有較強的吸收光譜。貴金屬納米顆粒的尺寸分布在100nm之內(nèi)的，其特點是單分散性好，易于制備，因其本質(zhì)是金屬材質(zhì)具有優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)。貴金屬納米顆粒還具備良好的生物相容性，顆粒的表面易于和蛋白和核酸等生物大分子結(jié)合，被廣泛應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)的研究中。

在癌癥的診斷方面，貴金屬的金和銀通常有表面增強拉曼散射的性質(zhì)，可以作為計算機斷層掃描（CT）的造影劑，提高信號強度，清晰地區(qū)別骨骼和其他組織，用以進(jìn)行體內(nèi)各種病灶的早期診斷，這將有望實現(xiàn)腫瘤及腫瘤轉(zhuǎn)移的早期確證[4]。

另外，局部表面等離子共振效應(yīng)是金屬材質(zhì)的納米顆粒的特殊性質(zhì)，利用其可以實現(xiàn)腫瘤的光聲成像。納米貴金屬在治療方面，具有抗腫瘤、載藥和抑菌等作用。在抗腫瘤方面，納米金銀能夠高效地吸收近紅外光，并將近紅外光轉(zhuǎn)換為熱量用于光熱治療，動物實驗表明經(jīng)該方法治療的腫瘤能夠明顯減小甚至消失，另外納米級的銀材料也可以利用自身的細(xì)胞毒性進(jìn)行癌細(xì)胞的消除。如果將光敏劑通過化學(xué)鍵與納米金銀耦合，在光照條件下還可進(jìn)行光動力學(xué)治療。

納米貴金屬是良好的藥物載體，通常人們將納米貴金屬置于材料的核心，通過外部修飾（如包覆硅材料）或利用特殊的化學(xué)鍵鏈接等方式，將藥物裝載到納米貴金屬的表面制備成新型的抗癌制劑，載藥治療的優(yōu)勢不僅能夠防止藥物達(dá)到腫瘤部位前釋放，而且可以有效確證治療部位以實現(xiàn)定點靶向治療。

此外，納米金銀等的表面增強拉曼散射、局部表面等離子共振效應(yīng)、光熱、光動力以及載藥等功能結(jié)合在同一材料中可以實現(xiàn)癌癥疾病的診療一體化應(yīng)用。

3 脂質(zhì)體納米粒

脂質(zhì)體納米粒是由雙分子層脂質(zhì)囊泡和納米微粒在水溶液中自發(fā)形成的組裝體，其內(nèi)部支撐的骨架是納米微粒，外部是具有良好生物相容性的脂質(zhì)囊泡。脂質(zhì)體納米粒的形成也是基于內(nèi)部的納米微粒和外部的脂質(zhì)體相互作用，在一定溫度的條件下將兩者共同孵育，脂質(zhì)體接觸到納米微粒后會產(chǎn)生融合作用，在內(nèi)核納米微粒的表面自組裝成連續(xù)的雙分子層。該納米材料的主要優(yōu)勢如下：1）尺寸可控且制備簡單；2）容易表面修飾，具有診斷和治療的靶向性；3）藥物、基因等內(nèi)容物的包埋率高，能有效減少藥物的損失和降解；4）其外殼的主要成分與生物膜相似，具有極高的生物相容性，且不會引起細(xì)胞的免疫反應(yīng)。因此，脂質(zhì)體納米?？勺鳛榭拱┧幬铩⒒蚝涂贵w等物質(zhì)的傳遞系統(tǒng)進(jìn)行癌癥的診斷和治療研究。

脂質(zhì)體通過包覆吲哚菁綠（ICG），以修飾葉酸為靶向制備的脂質(zhì)體納米粒，能夠?qū)崿F(xiàn)近紅外800nm的近紅外成像，該近紅外成像能夠顯著提供光學(xué)成像的穿透深度，降低生物體的自體熒光干擾，因此在癌癥的診斷方面具有重要的應(yīng)用[5]。此外ICG包覆的脂質(zhì)體納米粒也可以作為良好的光熱劑，進(jìn)行腫瘤的光熱治療，ICG具有極高的安全性，目前已經(jīng)被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)應(yīng)用在臨床上使用。在藥物裝載方面，脂質(zhì)體納米?？勺鳛槭杷缘乃幬锶萜?，包覆藥物避免被免疫系統(tǒng)攻擊，起到保護(hù)和緩釋的作用。

4 結(jié)論

盡管納米材料由于毒性和代謝等問題沒有在臨床的診療中廣泛應(yīng)用，但納米材料的優(yōu)良性質(zhì)不斷被開發(fā)，目前協(xié)助癌癥靶向診療的許多方法都已在基礎(chǔ)研究中被證實有效可行。在診斷方面，納米材料極大地提高了傳統(tǒng)檢查方式的靈敏度和準(zhǔn)確度，特別是在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步。在治療方面，納米材料不僅能有效地輔助藥物發(fā)揮治療作用，同時能減少對人體正常組織細(xì)胞的損害。盡管癌癥的診療方面仍有很多問題亟待解決，但納米材料為開發(fā)更為新穎高效的癌癥診斷技術(shù)提供了良好的思路，有望成為未來癌癥診療的重要？工具。

參考文獻(xiàn)

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