納米醫學的新分支——納米腫瘤學

摘要：納米腫瘤學是納米醫學的一個新分支。納米腫瘤學技術可以發展成為具有高度敏感性的生物醫學或分子影像學的腫瘤診斷工具，可用于藥物輸送和轉基因治療，具有高度的靶向性，可對腫瘤細胞進行特異性攻擊，這樣可增加藥物治療效果，減少藥物劑量，減少副作用，從而達到早期治療的目的。

關鍵詞：納米科技；納米醫學；納米腫瘤學

1、納米腫瘤學的形成與發展

癌癥是21世紀最具挑戰性的醫學問題之一。為了攻克癌癥，中外科學家進行了數十年的不懈努力，但至今絕大多數的癌癥的預防、早期診斷和治療仍不盡如人意。隨著納米醫學的不斷發展，在納米醫學領域中形成了一個新分支——納米腫瘤學。

納米腫瘤學是運用納米科技的理論與方法，在傳統醫學和現代醫學的基礎上，開展腫瘤學研究與實踐的新興邊緣學科。在“腫瘤學”之前冠以“納米”，以示現代納米醫學的分工不同，來突破納米醫學本身性質和任務的這種界限，更好地承擔起為腫瘤研究與腫瘤醫療實踐服務的任務。當然，在納米腫瘤學中的“納米”，不僅意味著空間尺度，而且提供了一種對腫瘤的全新認識方法和實踐方法。

總之，納米腫瘤學技術為醫學研究的發展提供了一個全新的領域。與現在的醫療技術相比，納米腫瘤學技術可以發展成為具有高度敏感性的生物醫學診斷工具，具有快速，高靈敏，價格便宜，方便使用等優點，可對腫瘤進行早期診斷。納米腫瘤學技術可發展成為有效的分子影像學的診斷工具，可對活體細胞進行經時性的觀測，可對腫瘤進行有效的早期診斷和早期治療。納米腫瘤學技術可用于藥物輸送和轉基因治療，這種技術具有高度的靶向性，可對腫瘤細胞進行特異性攻擊，這樣可增加藥物治療效果，減少藥物劑量，減少副作用，從而達到早期治療的目的。所有這些納米腫瘤學技術的優點，都是當代技術所無法比擬的。因此，開展納米腫瘤學技術和產品的研發對于提高醫療健康水平具有重要的意義。近幾年，納米腫瘤學研究日新月異，取得許多重大進展。各國政府為了搶占納米腫瘤學的制高點，紛紛斥巨資推進納米腫瘤學的研究和開發。美國2004年宣布啟動“腫瘤納米技術”，成立了“腫瘤納米技術聯合會”。同時，美國國家衛生研究院(NIH)出資在美國建立了專門從事納米腫瘤學研究的科研中心，創辦了納米醫學雜志，以推動納米腫瘤學快速而穩定的發展。在日本、德國、英國等發達國家，納米腫瘤學也成為研究熱點。

2、納米診斷技術實現腫瘤的早期診斷

納米腫瘤學的研究內容十分廣泛，凡是與人類腫瘤的病理和腫瘤的預防、診斷、治療等有關的內容它都涉及。

通過納米技術對腫瘤標志物的篩選，對多種分子信號和生物標志物進行檢測，可實現早期檢測和早期診斷。目前，腫瘤納米診斷技術的研究，主要集中在實驗室階段的診斷和治療，以及體內的診斷和成像。

在影像學診斷中，納米粒可被廣泛應用。例如：納米氧化鐵造影劑是一種水性膠質。靜脈注射納米氧化鐵造影劑以后，氧化鐵顆粒被血液帶到身體的各部位，只是在肝臟和脾臟被網狀內皮細胞吸收。肝臟內的網狀內皮細胞是由枯否細胞的巨噬細胞構成，它可以吞噬氧化鐵顆粒；而惡性腫瘤細胞僅含有極少量的枯否細胞，沒有大量吸收氧化鐵的作用。納米氧化鐵造影劑就是利用正常細胞和惡性腫瘤細胞之間的這種功能差異別。顯示出其對這些病灶診斷的特異性——納米氧化鐵在正常細胞和腫瘤細胞的數量不同，會造成信號強度的差別，這種差別在磁共振圖像中，由于正常組織吸收納米氧化鐵表現為暗的低信號，而病灶不吸收納米氧化鐵表現為亮的高信號。這樣，病灶與正常組織在磁共振圖像上會有較大的對比。

在納米檢測與分子成像研究方面，研究人員在納米生物芯片實時分析單個生物化學分子、金納米顆粒用作體內造影劑檢測特定癌細胞的標志物、納米器件收集蛋白質、區分正常組織和癌癥組織以及納米磁共振造影劑、鐵磁性納米顆粒檢測乳腺癌和前列腺癌相關的淋巴結的紊亂等方面開展了大量的研究工作，并不斷有研究成果發表。

使用納米診斷技術只需通過血液中的DNA或蛋白質檢測，便能診斷出很多早期腫瘤；如應用分子雷達光學相干層析術（opticalcoherencetomography，OCT）這種先進的納米成像技術，每秒鐘能完成生物體內活細胞的動態成像2000次，以此來觀察活細胞的動態。在發現單個細胞病變的同時不傷及正常細胞，精密度較CT或磁共振高上千倍；而運用超順磁性氧化鐵納米粒子脂質體，則可以診斷直徑3毫米以下的肝腫瘤。

另外，利用尖端直徑小到足以插入活細胞內而又不嚴重干擾細胞的正常生理過程的納米傳感器，可以獲取活細胞內多種生化反應的動態化學信息、電化學信息及反映整體的功能狀態，以期深化對機體生理及病理過程的理解。這將為腫瘤臨床提供診斷及治療的客觀指標。

在腫瘤的納米檢測與分子成像研究方面，仍有許多有待解決的問題：一是急需建立納米顆粒在體內的實時、定量檢測方法；二是建立新的數學模型，以實現納米技術在腫瘤診療中的應用；三是發展針對癌癥早期診斷的體內外生物標志物的分析技術。

3、納米藥物技術提高腫瘤的治療效果

目前臨床使用的抗腫瘤藥物大多利用高毒性藥物殺死腫瘤細胞，由于傳統化療藥物靶向性不好，導致嚴重的副作用。因此，腫瘤治療中迫切需要提高腫瘤治療的靶向選擇性，同時避免或克服生物、生理屏障。

研究人員發現，許多基于納米顆粒的抗癌治療或成像試劑特點之一，就是由于它們有足夠小的納米尺寸，從而能夠從高通透性的腫瘤血管中滲出，進入腫瘤組織，集中在腫瘤周圍。納米技術通過開發具有靶向性的多種功能的藥物傳輸體系，有助于實現腫瘤的靶向治療，并將毒副作用降低到較低的水平。

一些腫瘤的治療失敗或療效不佳，可能與癌細胞的抗藥性有關。納米科技的發展，有望產生新的醫學方法來解決癌癥治療中的抗藥性問題。目前，人們已經發現人類有48種ABC轉運子，許多轉運子能夠將細胞毒性藥物轉運出胞外。現在，有3種納米技術策略來解決由轉運子所導致的抗藥性問題。一是篩選新的藥物避開這些轉運子，以確保藥物在細胞內的高濃度；二是使用抑制劑，通過抑制轉運子使藥物能夠在細胞中積聚；三是通過“殺死”使用轉運子。

在藥學方面，將常規腫瘤治療藥物納米化，可大大增加藥物顆粒的表面積，使之與組織的接觸面積增大，從而提高藥效。另外，納米化藥物容易透過血管和組織屏障，易被巨噬細胞吞噬，故亦能增強藥物的靶向性。研究發現，一些納米顆粒經過表面修飾會產生很高的抑制腫瘤生長的效果，但沒有可檢測到的細胞毒性和體內毒性，其效果已經在肝癌、乳腺癌和胰腺癌動物模型上得到證實。

腫瘤的微環境對其生長及對藥物輸運有著巨大影響，腫瘤組織內部靜液壓高、低氧、低PH值等微環境使得藥物分子只能聚集在血管細胞周圍，不能達到腫瘤細胞，影響了藥物的使用效果。PEG－PE包裹阿霉素形成的膠束自組裝分子在治療腫瘤方面有著很好的效果，使用后腫瘤尺寸明顯減小。科學家用金納米材料開發出一種內含藥物的納米球，外面有二氧化硅涂層，注射入人體后可發放“近紅外線”，從而識別癌細胞，并把光轉化為熱量直接殺死癌細胞，卻不會對健康組織造成損害。還有一種超微顆粒乳劑載體，極易和游散于人體內的癌細胞融合，若用它來包裹抗癌藥物，可望制成克癌“導彈”。將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入患鼠腫瘤部位，使癌細胞完全被磁場封閉，通過可變磁場將鐵氧體納米粒子加熱到45～47℃來殺死癌細胞。由于周圍的正常組織中不存在磁性微粒，故絲毫不受傷害。亦有科學家用磁性納米顆粒成功分離了動物的癌細胞和正常細胞，并已在治療人骨髓癌的臨床實驗中初見成效。此外，用納米藥物來阻斷血管“餓死”癌細胞的研究亦在進行中。另有體外實驗證明，二氧化鈦納米粒子容易積聚和依附在細胞膜上，并能輕易通過吞噬進入細胞質，藉著光線照射，可激發二氧化鈦納米粒子殺滅人體結腸癌細胞。

抗體修飾的脂質體納米復合載藥體系不僅可以對腫瘤進行靶向治療，結合納米粒子修飾的納米復合給藥體系還可以對轉移的腫瘤細胞進行診斷和靶向治療，而且納米膠囊的尺寸適中（50-200nm）時效果最好。“脂質分子自組裝系統及其作為藥物載體的應用”的研究認為，脂質分子作為生物體組成的主要成分具有無可比擬的生物相容性，自組裝形成的納米結構無論從均一性、穩定性，以及重復性方面，都有很大的優勢，而且小肽修飾的脂質體對腫瘤有一定的靶向作用。

納米粒用作藥物載體具有下述顯著優點：（1）載藥納米粒作為異物而被巨噬細胞吞噬，到達網狀內皮系統分布集中的肝、脾、肺、骨髓、淋巴等靶部位；連接有配基、抗體、酶底物所在的靶部位。（2）到達靶部位的載藥納米粒，可有載體材料的種類或配比不同而具有不同的釋藥速度。調整載體材料種類或配比，可投資藥物的釋放速度，制備出具有緩釋特性的載藥納米粒。（3）由于載藥納米粒的粘附性及小的粒徑，即有利于局部用藥時滯留性的增加，也有利于藥物與腸壁的接觸時間與接觸面積，提高藥物口服吸收的生物利用度。（4）可防止藥物在胃酸性條件下水解，并能大大降低藥物與胃蛋白酶等消化酶接觸的機會，從而提高藥物在胃腸道中的穩定性。（5）載藥納米粒可以改變膜運轉機制，增加藥物對生物膜的透過性，有利于藥物透皮吸收與細胞內藥效發揮。如：載帶抗腫瘤藥物阿霉素的納米粒，可使藥效比阿霉素水針劑增加10倍。

參考文獻

[1]奇云. 納米材料——21世紀的新材料[J].科技導報，1992（10）：28-31

[2]奇云. 納米生物學的誘人前景，光明日報[N].1993年5月7日，第15864號3版

[3]奇云. 納米化學研究進展[J].自然雜志，1993，16（9、10）：2-5

[4]奇云. 納米電子學研究進展[J].現代物理知識，1994，6（5）：24-25

[5]奇云. 納米化學研究進展[J].現代化工，1993，13（8）：38-39

[6]奇云. 21世紀的納米醫學展望[J].現代診斷與治療，2001，12（3）：154-155

[7]奇云. 論納米醫學的命題及研究內容[J].硅谷，2010（19）：32

[8]奇云. 納米醫學的新分支——納米診斷學[J].科學與財富，2011（2）：142-143