淺析納米材料在醫療領域的應用

黃 芳，顏 美，王 莉，何今朝，肖 章

(西南科技大學生命科學與工程學院，四川 綿陽 621010)

納米材料是指具有一些獨特的物理或化學特性，粒徑在1～100 nm左右的固體物質[1]。納米材料可分為有機和無機納米材料兩類：其中有機納米材料包括納米纖維、納米管和石墨烯、脂質體、聚合物納米顆粒等；無機納米材料包括單質、合金、二氧化硅、量子點等[2]。在過去的幾十年里，納米材料的發展呈爆發的態勢，納米材料的制造、合成、工藝優化、應用、作用機制等引起了學者的廣泛關注[3]。納米材料要求在納米的級別上進行理解、操作和研究，因此科學技術的進步為納米技術的發展提供了無限的可能[2]；同時，納米材料與技術的發展為其在各個領域包括醫學領域的應用提供了新思路[4]，推動了各領域的進步。

納米科學在醫學上是特別有前途的領域。研究表明，納米材料是在所有已知材料中具有最大比表面積的物質，可以有效的運載和輸送藥物，也可以用于放射性的標記或修飾，因此常用于靶向給藥、細胞成像、分子檢測等[5-6]；同時，納米材料具有良好的生物相容性和可降解特性，因此能在相應器官中聚集并有較小的副作用[7]；另外，納米材料具有緩釋特性，能減少藥物濃度以降低毒副作用[8]；具有穩定性可用于生物成像、抗菌劑、增強酶的可持續性[4,9-10]……以上這些奠定了納米材料在醫療領域應用的基礎，因此，本篇文章就納米材料在醫學方面的應用進行綜述，提供最新的醫學信息。

1 癌 癥

癌癥是當今造成人體死亡的主要原因之一，現有的癌癥的治療法主要包括手術、放療、化療、靶向和免疫療法五類[11]。最近，納米材料在癌癥的治療和診斷上引起了人們的極大興趣。與小分子相比，納米材料因其特殊的性質如大比表面積、高標記能力等，使其具有巨大的癌癥成像潛力與治療潛力[12-13]。研究發現，納米材料可用于癌癥光熱療法、磁熱療、靶向給藥、影像指導療法和放射療法等[9,12]。Rajasekar等[9]提出納米材料如貴金屬粒子、二硫化碳、石墨烯等廣泛用于光熱療法中的光熱轉化劑；Li等[14]提出雙金屬納米材料具有卓越的化學發光催化(CL)能力，可以促進CL信號來檢測和治療癌癥；Das等[15]論述了具有磁性和光學性質的磁性金納米顆粒可以用于磁共振成像和癌癥治療；Li等[16]發現靜脈注射Bi2Se3的巨噬細胞具有良好的生物相容性，可以增長血液的循環，克服與缺氧相關的藥物傳遞障礙，從而有效地靶向腫瘤，并顯著提高光熱癌治療的效率。

2 心血管疾病

據17年世界衛生組織顯示，心血管疾病(CVD)是全球人類死亡的第一大原因。誘發心血管疾病的原因有很多，如糖尿病、肥胖[17]、氧化應激[18]、壓力[19]等，各種引發因素導致流入心肌的血液不足，造成心肌梗塞或心力衰竭等[20]。CVD的早期診斷對于患者的治療與康復至關重要。基于CVD的高發病率促進了心血管應用生物材料的研究，納米材料在心血管疾病的治療上已經取得巨大的成就。研究表明，納米材料可以增強心血管系統內的細胞反應，提高生物材料的性能；可以用于核共振成像、測定CVD標記物、生物成像技術的造影劑。另外，控制納米結構表面可以選擇性地引導細胞活動，這對心血管疾病很有用[21-24]。Kopaczynsk等[24]用二氧化鈦納米材料作為心血管支架涂層，改善血管內植入物表面的安全性，使其具有更好的生物相容性并防止了血栓的形成；Hasanzadeh等[26]用二氧化硅修飾和電氧化傳感器檢測心血管藥物，成功證明了該傳感器可用于確定人血清樣品中所選藥物的適用性；李濤等[27]論述了納米材料在冠心病、高血壓、急性心肌梗死等方面均有作用。

3 抗菌劑

微生物感染是當今科學家們攻克的難題之一。抗生素的到來給予了人們希望，但隨之而來的耐藥性使抗生素的使用受到限制。由于納米材料的優良特性，部分研究者把目光投在納米材料上。近年來，納米材料的抗菌特性得到了應用，與抗生素相比，抗菌納米顆粒具有低毒、克服耐藥性、低成本等優點。公認的抗菌機制包括鋒利的邊緣介導的切割作用，氧化應激和細胞滯留。各種納米材料如石墨烯、Ag、Ag2O、TiO2、MgO、ZnO、CaO等已被用作殺菌劑。最近的研究表明，Ag納米顆粒對人的干擾最小且抗菌活性高，因此在醫學界廣泛使用[4,28-31]。Balraj等[32]合成球形MgO納米材料并證明其可作為抗鏈球菌的潛在納米材料；Nagarajua等[33]合成摻銀的氧化鋅納米顆粒，表明摻銀的氧化鋅納米顆粒光催化活性與抗菌活性更優異；Khawaja等[34]合成了高度抗菌的納米復合氧化石墨烯，殼聚糖和銀納米顆粒(GO-CS-Ag)并通過實驗證明GO-CS-Ag納米復合材料可潛在的應用于生物醫學工業。

4 肥胖癥

肥胖也是當今世界不可忽略的一個問題。肥胖是一種慢性且終身的疾病，不僅損害健康還明顯縮短壽命；糖尿病、高血壓、心臟病、癌癥、阿爾茨海默氏病等是其常見的并發癥。抗肥胖癥的療法依賴于改變飲食、藥物和手術治療；三種方式相結合對于治療肥胖癥是有效的，然而藥物療法存在諸多副作用受到限制。近十年來，因納米材料可作為藥物載體進行靶向給藥從而控制肥胖藥的組織與細胞分布使其在肥胖癥的治療上受到關注；通過這種方法可以提高療效，同時減輕副作用[35-38]。Sangwai等[39]為改善奧利司他水溶性差的問題將其制成納米乳液使其更好的發揮功效；Kesharwani等[40]提出用納米顆粒如脂質體、樹狀聚合物、脂質體和膠束可以遞送口服降血糖藥實現靶向給藥，同時減少其降解，提高療效；MSc等[41]證明氧化鈰納米顆粒的抗氧化作用可以有效減輕小鼠體重，降低胰島素、葡萄糖和甘油三酸酯的水平，并無明顯毒理作用，可用于治療肥胖癥。

5 神經系統疾病

幾乎所有的神經系統疾病如中風，脊髓損傷與大腦，脊髓或神經損傷有關。神經系統的損傷通常會牽連到與說話，吞咽，呼吸，學習等有關問題。受血腦屏障或影響周圍組織的限制，神經藥物的使用受到一定限制；而納米材料由于其尺寸小且具有靶向性現如今廣泛的用于神經藥物的遞送系統，發揮了良好的作用。迄今為止，包括脂質體、微粒、膠束、納米乳劑、聚合物納米顆粒、碳納米管、量子點和金屬納米管等納米材料已被用于神經系統的診斷和管理[2,42-43]。Aldinucci等[44]提出碳納米管已應用于神經組織工程的幾個領域，他們用碳納米管與人類樹突狀細胞(DC)的相互作用，發現體外分化和激活的DC表現出與碳納米管連接時的免疫原性較低；Huang等[45]提出脂質納米顆粒的PEG化是一種有前途的生物材料，可用于抑制P2X(7)依賴性神經炎癥反應的靶向治療。

6 其 它

除上述外，納米材料在傷口愈合、哮喘、過敏性氣道疾病、調節酶活性、皮膚護理、醫用紡織品等方面均表現出廣闊的應用前景[10,46-47]。Pavlidis等[48]發現酶與納米材料的相互作用會顯著影響酶的催化行為，提高脂肪酶的催化效率；Parani等[49]提出基于聚合物，金屬和陶瓷的納米材料，可用作治療性輸送劑，以加速受損的皮膚和表皮組織的再生；Kabir等[50]論述了基于納米材料可開發的呼吸分析儀，在選擇性、靈敏度、響應時間等方面具有潛在優勢，有助于識別特定疾病。

7 結 語

納米材料因其具有生物相容性、穩定性、大比表面積等良好的性質在醫療領域如癌癥、心血管疾病、抗菌、肥胖癥、神經系統疾病等方面到了廣泛的使用，成為醫療界的研究熱點。在未來，納米材料必將會以更有效、更有針對性的治療方式呈現在大家面前，納米材料也會進一步推動其它領域的進步。本篇文章有利于人們獲取比較前沿的納米-醫學知識，對納米材料有一個新的認識。