纳米材料用于医学的奇思妙想

2021
03/03

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达医晓护
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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1-100 nm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100 nm,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5-10 nm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。


 


第三个用途是体内治疗

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。


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关键词:
纳米材料,医学,肿瘤,药物,病毒,磁性

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