纳米材料在医学方面的应用

纳米材料在医学的应用 Medical application of Nanomaterials,材料物理与化学,2,主要内容,1、纳米材料在医学方面的研究进展2、纳米材料在医学中的应用技术 2.1、细胞分离技术 2.2、纳米药物 2.3、纳米诊断技术 2.4、纳米治疗技术,3,1、纳米材料在医学方面的研究进展,中国医科大学第二临床学院放射线科专家陈丽英教授与一些科研院所合作，把纳米级微颗粒应用于医学研究，经过4年的努力，日前完成了超顺磁性氧化铁超微颗粒脂质体的研究课题，从而开创了纳米技术在肝癌诊断方面的应用。 据1996年报道，由陈丽英牵头进行的超顺磁性氧化铁超微颗粒研究，采用了中科院金属研究所的纳米技术。通过动物实验证明，运用这项研究成果可以发现直径3mm以下的肝肿瘤，这对肝癌的早期诊断、早期治疗有着十分重要的意义。,4,1、纳米材料在医学方面的研究进展,1997年，四川大学生物医学工程学科李玉宝教授开始纳米人工骨的研究。他将纳米类骨磷灰石晶体与聚酰胺高分子形成复合体，并使纳米晶体含量调节到与人骨所含的纳米比例（60）相同，从而形成高强柔韧复合仿生生物活性材料。由于这种复合材料具有优异的生物相容性、力学相容性和生物活性，用它制成的纳米人工骨不但能与自然骨形成生物性骨键合，而且易与人体肌肉和血管牢牢长在一起，并可以诱导软骨的生成。,5,1998年，国家自然科学基金资助纳米材料的药学机理研究进行了相关机理研究，研究发现，羟基磷灰石的纳米材料是对付癌细胞的有效武器。委托北京医科大学等权威机构做的细胞生物学试验表明，纳米粒子可以杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。,1、纳米材料在医学方面的研究进展,6,2004年6月美国全国科学院学报报道了美国赖斯大学一科研小组获得的重大进展：他们设计和制造出了可寻找和杀死恶性肿瘤细胞的镀金纳米壳，并已在实验鼠身上获得成功。纳米壳用一种直径为110纳米的不导电硅石微粒做芯，外面镀上10纳米厚的金属外壳。研究人员先将纳米壳“运送”到癌组织中，然后用近红外线从身体外部照射癌变组织。近红外线穿过人体正常组织来到癌变组织时，能被埋藏在癌变组织中的纳米子弹吸收。随着吸收量加大，纳米子弹的温度开始上升，结果导致其周围的癌变组织升温并死亡。,1、纳米材料在医学方面的研究进展,7,1、纳米材料在医学方面的研究进展,2005年4月19日英国自然网站报道：美国加利福尼亚技术研究所的科学家用一种特殊的聚合物将携带药物的纳米粒子包裹住，再将其注入患有癌症的实验鼠体内，能大大降低癌细胞扩散的速度。他们利用一种名叫环式糊精的糖性物质合成了一种聚合物，用它包裹住携带小分子干扰RNA的纳米粒子。在研究过程中，科学家对患有尤文氏肉瘤的实验鼠进行了试验。目前能够成功对这种癌症进行治疗的方法几乎没有，但此前的研究证明通过抑制生长基因可以控制癌细胞的扩散。,8,1、纳米材料在医学方面的研究进展,德国柏林“沙里特”临床医院尝试借助磁性纳米微粒治疗癌症，并在动物试验中取得了较好的疗效。这家医院的研究人员利用磁性纳米微粒治疗癌症的做法是：将一些极其细小的氧化铁纳米微粒注入患者的肿瘤里，然后将患者置于可变的磁场中。受磁场的影响，患者肿瘤里的氧化铁纳米微粒升温到45至47摄氏度，这一温度足以烧毁癌细胞。由于肿瘤附近的机体组织中不存在磁性微粒，因此这些健康组织的温度不会升高，也不会受到伤害。,9,传统细胞分离技术所需时间长，效果差。在粒径为15-20nm的SiO2纳米微粒表面包覆单分子层，包覆层选择与要分离的细胞具有亲和作用的物质，得到的复合体尺寸约为30nm。细胞尺寸一般在微米级，在包覆层作用下，纳米包覆体很容易依附在需要分离的细胞上。利用密度梯度原理，很快分离需要的细胞。,细胞离心分离,2.1 细胞分离技术,10,国外已将该技术用于细胞分离中。判断胎儿是否有遗传缺陷，需采用细胞分离技术。过去常用价格昂贵并对人身有害羊水诊断等技术。用纳米SiO2微粒很容易将孕妇血样中极少量的胎儿细胞分离出来，并能准确地判断胎儿细胞是否具有遗传缺陷。利用纳米微粒可在肿瘤早期的血液中检查出癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。用纳米微粒检查血液中的心肌蛋白，以帮助治疗心脏病。,2.1 细胞分离技术,11,MIT研究了纳米磁性材料为药物载体的靶向药物。在磁性纳米粒子表面涂覆高分子，外部与蛋白结合，这种复合磁性纳米粒子作为药物载体，注射到生物体内；在外加磁场作用下，通过纳米微粒的磁性导航，使其移向病变部位，实现定向治疗。这种磁性靶向药物可用于癌症的诊断和治疗。,2.2 纳米药物,12,密西根大学用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱，纳米陷阱使用的是超小分子,它能够在病毒进入细胞并使其致病前就与病毒结合,使病毒丧失致病能力。体外实验表明，纳米陷阱能在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样方法也可用于捕获类似爱滋病毒之类更复杂的病毒。,纳米药物陷阱病毒的特洛依木马,2.2 纳米药物,13,把药物制成纳米微粒，不仅可在血管和人体组织内运动，而且比表面积大，能和体内组织充分接触，便于人体吸收，具有更好的医疗效果。,2.2 纳米药物,14,纳米微粒在医疗临床诊断上有重要应用，它可使临床诊断变得准确、快捷，有利于对疾病的及时发现和早期治疗。纳米金颗粒通过弱相互作用与生物大分子结合，也可通过化学键与生物大分子偶联，不改变大分子生物活性；金颗粒具有高电子密度、分辨率高、对结构遮盖少、定位精确等特点。用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。,2.3 纳米诊断技术,15,通常对艾滋病的检测主要采用复杂的酶联免疫染色法，成本高，只适于专门机构采用。纳米金胶体与免疫球蛋白结合制备的金探针可方便定性检测艾滋病毒抗体：若待测液中有HIV抗体，金颗粒附在滤纸上呈现红色斑点，为抗体阳性；若没有，金颗粒全部通过滤纸，不显红点，为抗体阴性。该法可用裸眼观察，简单易行，不需特殊仪器；成本较低，可推广至普通基层医院或血站。,快速艾滋病检测试剂,快速艾滋病检测试纸,2.3 纳米诊断技术,16,肝脏内的网状内皮细胞是由枯否细胞的巨吞噬细胞构成，它可吞噬氧化铁颗粒，但恶性肿瘤细胞仅含极少量枯否细胞，无法大量吸收氧化铁。纳米氧化铁造影剂就是利用正常细胞和恶性肿瘤细胞之间的功能差别：正常组织吸收纳米氧化铁，表现为黑的低信号；病灶不吸收纳米氧化铁，表现为亮的高信号。,黑的低信号,亮的高信号,2.3 纳米诊断技术,17,磁疗治癌是从人体外利用电磁场对肿瘤部位进行加热，当温度高于40时杀死癌细胞，但这种方法也会同时损害肿瘤周围的健康组织。,阳离子脂质体,中性脂质体,将纳米磁性氧化铁微粒注入肿瘤里，置于可变磁场中受磁场作用，肿瘤里的纳米氧化铁微粒升温到45左右，烧毁癌细胞；肿瘤附近的健康组织没磁性微粒，温度不升高，不受到伤害。,Akira Ito, Masashige Shinkai, Hiroyuki Honda, et al. J.Biosci Bioeng.100,1 (2005): 111,2.4 纳米治疗技术,18,利用纳米磁性离子可分离癌细胞。从人体中取出免疫球蛋白，然后与包覆了聚苯乙烯的磁性粒子结合；将带有正常细胞和癌细胞的骨髓液取出，加入只与骨髓中癌细胞结合的抗体；将磁性粒子放入骨髓液中，它只与携带抗体的癌细胞相结合；利用磁分离装置很容易将癌细胞从骨髓中分离，分离度达99.9。,2.4 纳米治疗技术,19,纳米机器人比红血球小，