纳米载体及纳米药物

1、生物纳米生物纳米Bionanotechnology（讲课提纲） 第一讲第一讲: 纳米基因载体及纳米药物纳米基因载体及纳米药物的研究进展的研究进展 1. 纳米基因载体纳米基因载体1.1 纳米基因载体的作用纳米载体将DNA、RNA等基因分子包裹在纳米颗粒的内部或吸附在其表面，然后在其表面偶联特异性的靶向分子（如特异性配体、克隆抗体等），通过靶向分子与细胞表面受体的结合，并在细胞摄粒作用下将目标基因引入细胞内，从而实现安全有效的靶向性基因治疗或其他作用。 1.2 纳米基因载体的特点 生物安全性：可生物降解，毒性，免疫原性小 基因保护作用：保护基因不受各种补体及酶的破坏 提高细胞摄取量：纳米粒径，特殊

2、结构及表面电荷 靶向性修饰：在其表面偶联特异性靶向分子1.3 纳米基因载体的种类载体种类优点缺点代表性材料金属纳米颗粒特异性结合，毒副作用小表面修饰后才能有效结合基因；生物相容性不好纳米金、氧化铁无机非金属纳米颗粒制备简单；大规模使用颗粒表面电位偏低，装载量少；有团聚现象二氧化硅、磷酸钙、羟基磷灰石生物降解高分子纳米颗粒生物降解性，生物相容性好易于带负电的非特性细胞和蛋白结合；有些材料有细胞毒性；转染效率不高，需进行表面改性多聚赖氨酸、聚乙烯亚胺、聚酰胺-胺树形高分子、壳聚糖、明胶、阳离子多肽、阳离子聚酯生物性颗粒生物亲和性结合；靶向性好与基因带电情况相近，转染效率不高；易发生免疫反应蛋白质、

3、糖蛋白、脂质体、抗体 1.4 纳米基因载体交联及导入体内的方法 纳米材料装载基因的方式主要有两种：（1）电学性质结合，利用纳米颗粒和DNA的不同电荷性质，通过静电作用连接；（2）共价键性质的结合，利用纳米粒子本身的官能团或者衍射出来官能团和基因蛋白结合。导入方法方法简述优点缺点基因枪通过高速飞行的纳米金属颗粒将包被基因导入细胞无宿主限制；受体类型广泛；操作简便仪器昂贵；轰击细胞损伤较大电击法高压电泳脉冲作用在原生质体质膜上形成瞬间通道无宿主限制；操作简单；直接作用带壁细胞转化效率不高，设备昂贵超声波介导超声引起的空化效应使细胞膜表面出现可逆性小孔，细胞膜通透性增加应用普遍；不受物种限制；缩短转

4、基因时间强度太大，损伤细胞，影响转染效率浸泡法将培养物浸泡到纳米DNA溶液中，利用渗透作用进入操作简单快速转化效率不高真空渗入法真空状态时，载体进入细胞简便、快速、可靠转染效率低口服口服纳米基因载体使用简便，可提高生物利用度体内传递效率不高，易受分解静脉注射静脉注射基因载体可延长载体运输时间， 提高转染效率使用不便，降压效果需提高1.5 纳米基因载体在生物医学上的应用纳米基因载体在基因治疗中的应用纤维连接蛋白配体和上皮型钙粘蛋白抗体包埋在无机纳米载体中与细胞表面的整合素受体和上皮型钙粘蛋白特异性结合促进了基因的高效传递和在胚胎干细胞中的有效表达 Kutsuzawa et al, 2006 纳米

5、基因载体在遗传育种上的应用中孔洞纳米粒为载体蜂窝状结构将基因及刺激该基因表达的化合物导入植物细胞控制其在适当时间及地点释放目前已经成功的将基因及化合物转殖入阿拉伯芥、烟草以及玉米等植物中(Torney et al, 2007) 1.6 展望 基因的运载方式是目前基因转导能否成功的关键环节。 磁性材料、热敏材料、PH敏感材料等的应用将有助于新型智能基因载体的研发。 纳米微粒基因载体将会很有应用前景。 2 纳米药物2.1 纳米药物的定义l 药剂学中的纳米粒或称纳米载体与纳米药物，其尺 寸界定于11000nm之间。l纳米载体指表面负载或包埋药物的各种纳米粒。l纳米药物则是指直接将原料药物加工成纳米粒

6、。2.2 纳米药物的分类l纳米乳剂 纳米脂质体l纳米粒药物 固体脂质纳米粒 纳米囊与纳米球l磁性纳米药物l温度敏感性、pH敏感性、l光敏感性纳米药物l免疫纳米药物l纳米中药，等2.3 纳米药物的优势l纳米级药物载体可以进入毛细血管，在血液循环系统自由流动，还可穿过细胞，被组织与细胞以胞饮的方式吸收，提高生物利用率。l纳米载体的比表面积高，水溶性差的药物在纳米载体中的溶解度相对增强，克服无法通过常规方法制剂的难题。l纳米载体经特殊加工后可制成靶向定位系统，如磁性载药纳米微粒。可降低药物剂量减轻副作用。l延长药物的体内半衰期，藉由控制聚合物在体内的降解速度，能使半衰期短的药物维持一定水平，可改善疗

7、效及降低副作用，减少患者服药次数。l可消除特殊生物屏障对药物作用的限制，如血脑屏障、血眼屏障及细胞生物膜屏障等，纳米载体微粒可穿过这些屏障部位进行治疗。2.4 纳米药物尺度的优势大分子和颗粒进入和排出细胞大分子和颗粒进入和排出细胞 胞胞 饮饮 吞吞 噬噬胞胞 吐吐 毛细血管床的过滤作用纳米微粒的大小影响药物的生物利用率。脾静脉窦中内皮细胞的间隙为200500nm，因此长效型微粒最好不要超过200nm大小。而肾脏肾小球中内皮细胞的间隙在4060nm间，过小的微粒会被过滤出。要使纳米载体在血液循环中流通时间增加，必须控制载体大小的范围。纳米靶向药物纳米靶向药物2.5 纳米药物的应用门控纳米材料包容

8、机理纳米尺度的“墙”可以部分溶解，然后在合适的条件重新建立，从而将荧光标记的药物包容在内部纳米药物的抗菌性能l银常用于抗菌纤维及纺织品中，但一般以银离子系统为主，容易与生物体中的氯离子产生氯化银沉淀，进而诱发人体过敏反应产生。l纳米银粒子没有银离子的缺点，但其限制在于安定性不佳，合成后储放易产生凝聚形成微米级粒子，另则为在高分子基材不容易分散，而影响其应用。银离子银纳米粒子效应Bacterici-dal effectBactericidal effect抑菌效果 要达特定浓度只要有杀菌剂存在系列银离子系列银原子团簇与氯离子产生氯化银反应会不会过敏反应 有无2.6 将来的纳米药物制剂 智能化的纳米药物传输系统 超小型的血糖检测系统 微型药房 “智能炸弹” 纳米陷阱 分子马达 分子马达 利用人体内源性ATP作为能量来源的分子马达 体外实验证明可以捕捉病毒，并可以使病毒在入侵细胞前失活脑功能的加强脑功能的加强纳米科技 机械牙医清洁牙