納米材料具有獨特的結構特點(diǎn)和理化特性:結構單元或特征維度尺寸在納米數量級(1--100nm)，有大量的界面或自由表面，各納米單元之間存在或強或弱的相互作用。其性質(zhì)與體相材料及單個(gè)原子、分子明顯不同，具優(yōu)異的催化及電學(xué)、光學(xué)等性能。研究納米材料性質(zhì)、調控納米材料尺度、粒度分布、形貌及表面性質(zhì)，設計、制備各種具優(yōu)異/特定性能的材料及器件的做法稱(chēng)做納米技術(shù)。
近十年來(lái)，包含納米材料和納米技術(shù)研究在內的納米科技在生物學(xué)及醫學(xué)領(lǐng)域應用成為目前研究重點(diǎn)之一，涉及細胞和生物分子分離純化、
藥物和基因傳輸、腫瘤治療、DNA結構研究、磁共振成像(MRI)增強、生物熒光標記、病原體和蛋白質(zhì)等生物分子的檢測、組織工程學(xué)等。在腫瘤內科診療領(lǐng)域則廣泛用于藥物傳輸體系和基因治療研究，和作為探針用在生物檢測開(kāi)發(fā)方面。
1.納米顆粒對細胞膜作用
為認識納米顆粒的生物效應，了解納米顆粒對細胞膜作用具有非常重要的意義。納米顆粒尺寸比生物體細胞、紅血球小得多，甚至小于細菌十至數十倍，與病毒尺寸接近，許多化學(xué)和生物反應過(guò)程均可在此層面上發(fā)生進(jìn)行。納米顆粒作用細胞膜主要表現為顆粒的膜上吸附、跨膜轉運及其在作用過(guò)程中對細胞膜及膜上生物分子的影響。胞膜滿(mǎn)布多種生物分子，納米顆?？捎绊懗赡ぶ|(zhì)分子及膜上其他生物大分子（蛋白等）結構和性質(zhì)，導致膜生物分子結構變化，如納米顆粒吸附致脂質(zhì)分子重組，顆粒表面拓撲結構刺激膜上肌動(dòng)蛋白伸展等。顆粒作用所導致的生物分子的變化可能是不可逆的，也可能是可逆變化，最終可致胞膜整體變化，包括結構和性質(zhì)兩方面：
1.1膜結構的變化
納米顆粒吸附致胞膜本身都將經(jīng)歷膜脂質(zhì)分子重構和強烈的曲率變化過(guò)程。納米顆粒吸附致膜厚度、有序度、單脂分子面積變化，甚至在膜上形成孔洞，最終可能會(huì )影響細胞活性。吸附還可造成胞膜彎曲，與細胞諸多活動(dòng)密切相關(guān)。
1.2膜性質(zhì)的變化
帶電納米顆粒吸附導致胞膜上不同磷脂分子的分相，進(jìn)而對細胞信號轉導產(chǎn)生影響。納米顆粒的作用還可能影響磷脂膜的其他一些性質(zhì)，如表面張力、跨膜勢、擴散系數等。分析細胞膜性質(zhì)變化，有助于理解納米顆粒胞膜作用機理。
產(chǎn)生納米顆粒影響細胞膜結構和性能的因素包括：納米顆粒自身物理化學(xué)性質(zhì)、環(huán)境因素影響，及外界能量調控影響三個(gè)方面。
2.納米技術(shù)與腫瘤診斷、療效監測
利用納米技術(shù)，建立健全低豐度生物樣本富集及微弱信號檢測方法。
2.1生物分子檢測
檢測DNA和蛋白質(zhì)對于腫瘤分子分型診斷以及療效檢測評價(jià)均極為重要。目前利用聚合酶鏈式反應(PCR)擴增熒光染色標記檢測DNA分子的分析方法存在某些本質(zhì)缺陷，PCR擴增過(guò)程常常會(huì )導致DNA表達的失真。免疫染色檢測蛋白質(zhì)的傳統則明顯存在靈敏度不高和重復性差的特點(diǎn)。具更高靈敏度生物分子檢測手段對于腫瘤內科臨床的治療方案制定與評價(jià)至關(guān)重要。生物檢測關(guān)鍵是通過(guò)抗體、DNA等識別分子實(shí)現對靶標分子的捕獲。這一過(guò)程中生物分子識別的效率是實(shí)現高靈敏生物檢測的基礎。納米顆粒由于其較小的尺寸、較高的反應活性、優(yōu)異的物理性質(zhì)以及這些性質(zhì)的可調控性，使其在制備用于蛋白質(zhì)、核酸分子檢測的生物親和性傳感器方面受到廣泛關(guān)注，可以利用其建立新的檢測方法以改善目前的檢測方法所存在的缺陷，因而具有良好的應用前景。
傳統有機熒光發(fā)射光譜方法存在諸多的缺陷，極大限制其更為深入應用。與傳統有機熒光材料相比，納米晶體量子點(diǎn)能夠在較寬的波長(cháng)范圍內被激發(fā)而發(fā)出熒光。通過(guò)量子點(diǎn)表面連接的腫瘤特異性抗體，量子點(diǎn)可以有效定位于腫瘤細胞并與細胞表面的腫瘤特異性生物標記物相結合，通過(guò)波長(cháng)分辨成像技術(shù)，成功對成活裸鼠體內的腫瘤細胞進(jìn)行高靈敏度多色熒光標記。隨著(zhù)研究的不斷深入和拓展，利用量子點(diǎn)進(jìn)行生物熒光標記在熒光強度、特異性及靈敏度等方面得到了極大的發(fā)展，量子點(diǎn)在體外生物熒光標記方面的應用目前已進(jìn)入較為成熟的階段。
2.2細胞及生物分子的分離純化
細胞及生物分子如蛋白質(zhì)等的分離技術(shù)正在快步走向腫瘤內科臨床?？茖W(xué)家利用納米磁性顆粒成功分離出人體
骨髓中癌細胞，利用原子力顯微鏡在納米水平揭示腫瘤細胞形態(tài)特點(diǎn)。
目前細胞分離技術(shù)研究可明顯提高稀有細胞(如抗原特異性B細胞和T細胞及稀有性外周血循環(huán)腫瘤細胞)的分離純度和分離效率的有效方法。大多數靶細胞存在濃度極低，這些細胞高純度分離仍困難。目前方法仍然存在選擇性較差且不易大規模進(jìn)行的諸多不足。不過(guò)，新出現的基于納米技術(shù)的磁性分離方法已成為生物學(xué)和臨床醫學(xué)上一種重要的細胞和蛋白質(zhì)選擇性分離技術(shù)，可大批量分離獲得高純度靶細胞，并且已經(jīng)應用于臨床。這類(lèi)方法利用納米顆粒的高比表面積、快速的移動(dòng)性及良好的分散性，其與細胞/蛋白質(zhì)分子之間具有較高結合效率，在外加磁場(chǎng)作用下，對納米顆粒標記的細胞/蛋白質(zhì)進(jìn)行富集分離和提純。
3.納米技術(shù)與藥物治療
以納米粒作為載體的藥物克服了傳統藥物的許多缺陷和無(wú)法解決的問(wèn)題。納米粒作為新型載體，具有很多優(yōu)勢，如無(wú)免疫原性、細胞毒性，有較高的基因轉移效率，可獲得靶基因的長(cháng)期穩定表達，因此在抗腫瘤藥、輸送抗原或
疫苗方面有著(zhù)廣泛應用前景。
3.1靶向藥物輸送體系
藥物輸送體系的尺度大小有效輸送相關(guān)藥物至細胞內部的關(guān)鍵，
血管自身孔徑僅允許直徑小于50nm藥物自由進(jìn)出，而直徑小于100nm藥物可穿透細胞膜進(jìn)入其內部發(fā)揮療效。僅有人工合成納米輸送系統能夠較好的滿(mǎn)足這一要求。藥物溶解性是影響藥物療效的另一個(gè)重要因素，由于納米顆粒較小的尺寸，使得納米顆粒能夠較為有效地進(jìn)入細胞內部。納米顆粒較大的比表面積使其能夠有效結合、吸附及輸送其它化合物如小分子藥物、多肽、蛋白質(zhì)及核酸分子，而且其較大的比表面積賦予納米顆粒所負載的藥物分子良好的藥物動(dòng)力學(xué)特性及其在靶向組織器官中優(yōu)異的生物分散性，進(jìn)而可以有效的提高藥物療效。納米顆粒具有優(yōu)先聚集于靶向位點(diǎn)的特性，這一特性使其所負載的藥物在健康的組織器官部位的濃度較低，從而可以最大程度地降低納米顆粒及藥物本身的毒副作用。而且，納米顆?？梢杂行岣呤杷幬镌诤橘|(zhì)中的溶解性，使疏水藥物能夠適合于進(jìn)行非腸道給藥治療。納米顆粒還可以有效提高多種藥物如疏水藥物分子、多肽及寡聚核苷酸的穩定性。此外，生物可降解的納米輸送體系可以大幅度提高藥物的生物相容性，并可在最大程度上降低藥物本身的超敏反應。
3.2納米技術(shù)與耐藥逆轉
腫瘤細胞多藥耐藥性的產(chǎn)生,已成為腫瘤化學(xué)治療失敗主要原因，是腫瘤內科臨床最常見(jiàn)和最棘手的問(wèn)題。人們利用納米技術(shù)操縱單個(gè)原子、分子,制備具有特定活性和功能的納米化療藥物分子。分子的表面特性影響到納米顆粒與作用位點(diǎn)如腫瘤細胞膜等的特異相互作用。負電荷表面使納米顆粒相對于正電荷或中性表面在體內更易被清除,中性表面更適合用于延長(cháng)納米顆粒在體內循環(huán)時(shí)間。納米顆粒粘附性和小粒徑有利于提高局部用藥滯留性,也有利于增加藥物與靶位點(diǎn)接觸時(shí)間與面積,提高化療藥物吸收生物利用度。特異阻斷腫瘤新生血管的形成也為臨床治療具有耐藥性的實(shí)體瘤治療提供了新的研究思路。
納米藥物靶向性納米載體與磁性物質(zhì)結合而具有磁性,采用體外附加磁場(chǎng)等手段,將靶病灶暴露于磁場(chǎng)中,控制磁性納米載體的分布,使其集中分布于靶區，使藥物向病變部位集中；將單抗共價(jià)交聯(lián)或吸附到納米粒表面,形成具有免疫活性納米粒,并應用于抗腫瘤藥物研究也取得較好的實(shí)驗結果。這種利用免疫納米顆粒的主動(dòng)靶向效應，不僅可以提高藥物的靶向性,還可與腫瘤細胞主動(dòng)結合,提高藥物殺傷作用,具有潛在的臨床應用價(jià)值；載藥納米粒注入血管主要被網(wǎng)狀內皮系統吞噬,包載其中的藥物能聚集于
肝臟,使肝臟藥物濃度增加,然后逐步緩慢釋放入血液循環(huán),增加肝臟病灶的局部藥物濃度，同時(shí)也減輕全身毒副反應。網(wǎng)狀內皮細胞系統吞噬作用為納米藥物集中作用于肝、脾、肺、骨髓等組織,為這些臟器的腫瘤藥物治療活性奠定基礎。
納米藥物控釋性可以提高腫瘤局部藥物濃度和殺傷腫瘤細胞效應,降低藥物毒副反應。鑒于化療藥物半衰期短,部分化療藥物的周期特異性等特點(diǎn)，維持長(cháng)時(shí)間有效血藥濃度既非常重要又有一定的難度。通過(guò)制作載藥納米粒,可對藥物行有效保護,且可制備出各種控釋藥物的載藥納米顆粒。以生物相容性材料合成的載藥納米微粒還能減少肝臟巨噬細胞對藥物的吞噬,有效減少藥物到達靶部位時(shí)的藥效損失,延長(cháng)藥物作用時(shí)間。
納米藥物吸收率高載藥納米?？梢愿淖兡み\轉機制,增加藥物對生物膜的透過(guò)性,有利于藥物透皮吸收及細胞內藥效的發(fā)揮。由于載藥納米粒的粘附性及其小的粒徑能夠延長(cháng)藥物滯留時(shí)間,增加藥物與血管、腸壁的接觸時(shí)間和接觸面積，而有助于提高藥物的吸收率。納米粒經(jīng)表面修飾后可避免被網(wǎng)狀內皮系統吞噬,發(fā)揮腦靶向作用,可成為提高藥物腦內濃度的良好載體,因此應用納米顆粒作為載體能夠使藥物在顱內也達到殺傷腫瘤細胞所需的血藥濃度，可能機制與納米顆粒作用于腦毛細血管壁內皮有關(guān)。
納米藥物的靶向性、緩釋性、水溶性及高吸收率等特性,在動(dòng)物實(shí)驗中已經(jīng)顯示良好療效,一些藥物已經(jīng)用于臨床,預示其在腫瘤治療中的廣闊應用前景。
3.3納米功能性材料與腫瘤治療以調控腫瘤微環(huán)境的生物學(xué)特性為目的，通過(guò)納米技術(shù)設計和合成具有多功能的醫用納米材料?？梢园邢蛘{控細胞外基質(zhì)中生長(cháng)因子、胞外基質(zhì)相互作用調控生長(cháng)因子、微環(huán)境中的自分泌/旁分泌生長(cháng)激素等的表達與分泌，以及具有重要生理病理功能的典型分子，靶向腫瘤新生血管內皮細胞、腫瘤間質(zhì)成纖維細胞膠原蛋白、跨膜蛋白整合素等干預腫瘤細胞的存活、遷移及侵襲；功能性納米材料作為基因修飾劑直接參與腫瘤細胞的信號通路中上下游的信號分子調控網(wǎng)絡(luò )，并在腫瘤增殖、浸潤、凋亡抑制、轉移、血管生成發(fā)揮作用。
小結
生物相容性材料、天然納米生物材料及納米藥物載體系、診斷方面近幾年來(lái)取得重大突破，納米技術(shù)為惡性腫瘤分子分型、藥物治療帶來(lái)了新的機遇，從本質(zhì)上改變了臨床醫療水平，展示出誘人前景。目前納米技術(shù)研究更多局限于基礎研究階段，今后的努力方向主要集中在以下幾個(gè)方面:納米材料體內降解性、穩定性、毒性,藥物納米顆粒制備、靶向物質(zhì)與藥物載體結合的穩定性,探討藥物作用機理、載體材料體內外監測和生物學(xué)效應;優(yōu)化納米藥物合成技術(shù)、加工工藝，改進(jìn)制備技術(shù)，向工業(yè)化發(fā)展。臨床應用倫理學(xué)問(wèn)題也在解決當中。隨著(zhù)納米技術(shù)的高速發(fā)展,這一新興的前沿新型學(xué)科必將雄起。
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