纳米技术如何用于疾病的诊断和治疗?治病有“绝招”

大名鼎鼎的纳米,想必很多人都听说过,甚至还有商家推出号称纳米冰箱,纳米洗衣机。纳米在医学中应用的研究也是火热异常,那到底啥是纳米材料,它们在医学中有什么作用呢?

纳米颗粒指大小在1~100nm间的粒子,1nm大约相当于10个原子排列在一起的长度。当大的颗粒分成超微颗粒后,在光、热、电、磁、声和化学方面往往显示出许多奇异的特性。纳米材料有个特别的“嗜好”,就是喜欢跟肿瘤细胞呆在一起,有个专门的术语来描述这种现象,叫做肿瘤的高通透性和滞留效应(EPR)。由于肿瘤生长很快,所以它的新生血管的表皮细胞间隙要比正常血管大,达到100nm,而且肿瘤内部缺乏淋巴系统,所以纳米颗粒容易进入肿瘤并且聚集在里面。另外,肿瘤周围的微环境变化也容易吸引纳米颗粒,如pH值、温度、氧化还原反应等。纳米材料在医学中的很多应用都跟它的这个特点有关,归纳起来主要集中在以下几方面:

一是作为显影剂用于体内成像。很多人都知道增强CT或者核磁共振(MRI)吧,医生给病人体内注射一针造影剂,在拍CT或者MRI时,就能比较清楚的看出健康和病变组织的区别来。一些纳米造影剂可以借助其荧光、放射性、顺磁等特点,大幅提高CT、MRI的成像分辨率。甚至利用纳米颗粒“亲近”肿瘤细胞的特点,直接 “指”出肿瘤所在,早期发现肿瘤。例如有一种5~10nm的四氧化三铁纳米颗粒,给它表面包裹上一层亲水材料,注射到体内后它可以在肝脏肿瘤中积聚,改变水质子的自旋从而达到增强造影的效果,帮助MRI早期诊断肝脏肿瘤。

二是用于体外诊断。纳米材料用于体外诊断相对比较成熟,例如可以将纳米颗粒接上抗体,抗体再捕获目标分子如癌细胞、病变标志物等,再通过特殊的设备读取纳米颗粒的信号。已经有许多类似的产品上市了,比如胶体金的试纸条,磁珠试剂盒等。纳米技术还可以用于诊断胎儿是否有遗传缺陷,怀孕8周时母亲血液中开始出现少量胎儿细胞,利用具有纳米级大小孔洞的半透膜或者纳米管,可把胎儿细胞分离出来进行诊断,避免了进行羊水穿刺,这项技术也已经用于临床诊断中。

三个是用于体内治疗。由于纳米颗粒可以主动或被动的靶向肿瘤组织,因此将纳米粒子作为药物的运载工具一直是研究的热点。人们将抗癌药物包裹在纳米颗粒里,随着纳米粒子积聚到肿瘤组织中,从而在局部高浓度的杀灭肿瘤细胞,提高疗效的同时减少药物的毒副作用。科学家还制作了带有磁性的纳米颗粒,包裹上药物后,在外源性磁场作用下主动靶向目标肿瘤区域,发挥治疗作用。还有人制作一种超顺磁性纳米颗粒,注入体内后在肿瘤组织中累积,然后在交变磁场作用下超顺磁性颗粒可以发热,肿瘤细胞比正常细胞耐热性差,从而达到杀死肿瘤细胞的目的。

采用纳米技术的药物纳米控释系统,将纳米聚合物作为药物传递和控释的载体,可缓释药物,延长药物作用时间,保护药物不被降解,促进其吸收利用。例如普通胰岛素是不能口服的,会很快被胃肠道和肝脏代谢掉。但是包裹上聚氰基丙烯酸异已酯纳米胶囊后,一次口服就能维持数周的降血糖效果,将极大方便糖尿病患者的治疗。

纳米技术制作的人工红血球,携氧量数十倍于人体的红血球。如果能够用于人体,那将来人在水中憋气几个小时也不是奢望了。还有科学家用纳米材料制作了能够捕获病毒的纳米陷阱,在体内病毒进入细胞前即与之结合,使病毒丧失致病的能力。

纳米材料在医学上有多种奇妙的用途,但是仍然还有很多未解决的问题,例如纳米材料本身可能具有的毒性,纳米颗粒的代谢问题等,还需要科学家进一步深入研究。纳米技术在医学中的研究方兴未艾,虽然目前所取得的成绩大部分集中在癌症的诊断和治疗上,但也逐渐在向抗生素耐药性和人造器官等其它医学领域扩展。纳米科技造福于患者的那一天越来越近。

本文由上海市松江区中心医院急诊危重病科主任医师王学敏进行科学性把关。

“达医晓护”供稿

(责编:李慧博、杨鸿光)

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