现代医学论文

1、现代生物医学如何影响癌症的诊断与治疗一，癌症的诊断与治疗简述1. 肿瘤的诊断. 和其他疾病的诊断类似,肿瘤的诊断也是以病史、体检、实验室诊断为最基本、最重的手段。图 1-2 列出了目前一些最常用的成像技术14:X 射线检查、超声成像(ultrasound imaging, UI)、计算机断层扫描(computedtomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、正电子衍射成像(positron emission tomography, PET)、单光子衍射成像(single photon emissioncomputed tomogr

2、aphy, SPECT)和光学成像(optical imaging)。光学成像又可分为活体显微成(intravitalmicroscopy, IVM)、生物发光成像(bioluminescenceimaging,BLI)和荧光分子成(Fluorescencemoleculartomography, FMT)。对不同的肿瘤应采用不同的诊断方法。此外还有内窥镜检查、组织学活检、血液检查以及肿瘤标志物检查等。传统的核磁共振成像,虽然具有空间分辨率高等优点,但是成像灵敏度较低,不适用于早期癌症的检测，而且价格比较昂贵。而对于光学成像,其探测灵敏度要比磁共振成像高出几个数量级,而且速度快、价格低廉、没有

3、放射性物质的污染,非常适合癌症的早期诊断,因此引起了人们的广泛关注。尤其是近期随着新型发光纳米材料如荧光纳米硅粒子、半导体荧光量子点(QDs)等制备技术的成熟和完善,更是为分子光学成像技术注入了新的动力,大大推动了光学成像技术在生物医学研究领域中的应用和发展。但是由于生物组织固有的一些特性,光子在其中穿透深度都很浅,很难实现深层组织的成像。总体来看,目前尚缺乏理想的、特异性强的早期诊断方法,尤其对深层肿瘤的早期诊断更为困难。如何实现对无症状阶段的早期诊断以及无创/微创诊断仍是临床肿瘤学的努力目标。2肿瘤治疗的目标一是将患者体内的癌细胞全部清除或至少消灭足够的量,使肿瘤在患者生存期内不再复发;二

4、是彻底改变癌细胞的特性,使病程减慢甚至完全停止8。目前临床应用中常规的治疗方法有手术、放疗和化疗三种。手术切除肿瘤的治愈率取决于肿瘤的位置、大小和性质,有些位于组织深处或着要害部位的肿瘤很难用手术进行切除,因此应用范围有限。放疗是利用高能放射线(如 X、射线)对肿瘤部位进行照射以杀死肿瘤细胞,但是也会杀死正常组织中增殖较快的细胞,具有一定的毒副作用。化疗主要是使用 DNA 合成抑制剂(如 5-氟尿嘧啶)或细胞分裂抑制剂(如阿霉素、紫杉酚)等具有细胞毒性的药剂来抑制肿瘤细胞增殖,但是这些药物通常对正常分裂的细胞也有同样的杀伤作用,所以具有毒副作用。此外,还有一些新的治疗措施如光动力治疗、免疫治疗

5、、基因治疗、制肿瘤血管生成等也正在研究之中或即将进入临床1.1.3 光动力治疗光动力治疗(photodynamic therapy,PDT)是一种新兴的治疗肿瘤的方法16,17,它利用肿瘤组织对光敏剂药物分子的选择性摄入,在光照作用下引起肿瘤细胞内包括蛋白质、酶和核酸等生物大分子的变性进而选择性的杀死肿瘤细胞。光动力治疗具有三个基本要素:光、光敏剂和分子氧。光敏剂是一类非常特殊的分子,它具有很长的三重态寿命。在特定波长的光辐射下,基态的光敏剂被激发到单重态,由于单重激发态很不稳定,电子迅速弛豫到三重态。处在三重态的光敏分子,一方面能直接和周围组织分子发生相互作用,生成各种活性氧自由基(reac

6、tive oxygen species,ROS,I 型机理);另一方面它直接将能量转移给分子氧,形成单线态氧(singlet oxygen,1O2,II 型机理)。活性氧自由基与单线态氧都具很高的细胞毒作用,能够诱导肿瘤细胞的凋亡(apoptosis)或坏死(necrosis)。与传统的手术、放疗和化疗等方法相比,光动力学疗法有一系列优点:毒副作用小,选择性好,对正常组织损伤很小,无耐药性,可以重复治疗等。此外,光动力治疗还可以与其他治疗手段相结合,比如在手术切除肿瘤后可以进一步采用 PDT 治疗,以彻底消灭残留的癌细胞,减少复发机会,提高存活率。目前临床上普遍使用的卟啉类光敏剂(HPD)的最

7、强吸收峰位于 400 nm 近,但是组织在短波长处(<600 nm)具有较强的吸收和散射,穿透深度较浅,为了获得更大的治疗深度,临床上通常采用 630 nm 的长波长激发光(吸收系数比 400 nm 低 10 倍)来激发 HPD,光动力治疗效果依然不是很理想。因此科学家正在致力于开发新型的最佳激发波长恰好位于组织窗口内(600 nm-1300 nm)的光敏剂分子,以实现对更深层组织的光动力治疗。此外,光敏剂分子的一些其他性质比如水溶性、靶向性等也都影响其在肿瘤细胞中的表达和光动力治疗效果,这些也都是新一代光敏剂材料所面临的问题。二、具体方法：1.ADAMS酶去整合素一金属蛋白酶17(ad

8、isintegrin and metalloproteinasel7,ADAM17)是近年来发现的金属蛋白酶解聚素(adisintegrinand metalloproteinase, ADAMS)家族成员之一，参与肿瘤发生发展的重要过程。去整合素一金属蛋白酶17 ( ADAM 17)又称为肿瘤坏死因子转换酶TAQE，因此除了具有解聚和金属蛋白酶的活性，还可以将没有活性的肿瘤坏死因子(TNF-a)从细胞膜上切割下来，并与其受体相结合，从而激活TNF-。下游的EGFR信号传导，此外还可以激活多条信号传导途径如Notch传导通路等，进而影响肿瘤细胞的粘附、凋亡、转移、增殖等生物学行为。纵观ADAM

9、17的研究，在多种恶性肿瘤中呈高表达状态，且这种高表达状态与肿瘤侵润程度及转移情况相关。随着人们对ADAM 17基础科学的研究不断深入，ADAM 17的临床应用前景也正被不断开发，鉴于其在多种恶性肿瘤组织中高表达的情况，可将其作为许多肿瘤的诊断标志物、及判断其转移和预后情况。靶向药物的研究给恶性肿瘤患者带来了新的福音，利用EGFR为研究扳机点成功研制出许多靶向药物，在EGFR的配体释放环节，ADAM 17尤为重要。 目前，众多学者通过实验证明ADAM 17在多种恶性肿瘤中表达呈阳性，且显著高于正常组织或细胞。McGowan分别运用免疫组化SP法、RT-PCR Western-blot等方法在m

10、RNA及蛋白水平研究了ADAM 17与乳腺癌的关系，发现乳腺癌患者的淋巴结转移的数目与ADAM 17的表达呈正相关，证明ADAM17参与了乳腺癌的发生、进展i。在细胞试验中，YangWJ也证明ADAM17 mRNA及蛋白在乳腺癌MCF-7细胞中呈高表达ii J一翔等发现，肝癌组织中ADAM17 mRNA表达明显高于周围肝脏组织，并且与肿瘤的分化程度密切相关 Sin-nathamby G等学者也通过实验证明ADAM 17在卵巢癌中呈阳性表达i,i。在结直肠癌中，Lu XX等学者利用RT-PCR及免疫组化SP方法检测ADAM17在其中的表达情况，实验结果表明在结直肠癌组织中ADAM 17的阳性表达

11、率明显高于正常薪膜组织，其高表达的状态与肿瘤侵润程度及转移情况密切相关Hi 众所周知，恶性肿瘤最具特征的生物学特性就是其对邻近正常组织的侵润和全身的远处转移，目前研究表明，粘附分子的表达情况与肿瘤的侵润程度及转移情况息息相关。细胞表面某些粘附分子的表达减少，可以使细胞问的附着力减弱，这样肿瘤细胞更易脱离原发灶发生局部侵润及远处转移，已有研究证实，人白细胞活化粘附分子(activated leukocype cell adhesionmolecule, ALCAM)ADAM 17的重要底物，其通过切割肿瘤细胞膜上ALCAM胞外区，产生溶解状态的ALCAM(sAL-CAM)，使细胞膜表面的ALCA

12、M表达发生改变，进而细胞问的粘附力减弱，使得肿瘤细胞更易脱离原发病灶，发生肿瘤的转移 EGFR通路的激活可以使正常组织上皮过度增生紊乱，发展成恶性肿瘤，Tanaka等研究发现ADAM 17恰恰是EGFR通路的启动者圳。当然不难想到，如果研究出ADAMS蛋白酶选择性的抑制剂，便可以阻断肿瘤细胞的EGFR信号途径，同时达到治疗肿瘤的目的=' EGFR可以通过上述途径作为抗癌药物的研究靶点，因此作为EGFR的上游，ADAMS释放特异性EGFR的配体的环节显得尤为重要。这些配体的活化，即ADAMS家族胞外区的脱落，已成为人们研究新药的靶点，目前上市的一些靶向药物如易瑞沙、艾比特思等都是以EGF

13、R为研究靶点所成功研制的。与此同时，ADAMS家族对受体胞外区的水解作用也在EGFR靶向治疗过程中发挥重要作用，这就引起了人们对小分子金属蛋白酶抑制剂的关注。实验发现，IN-CB3619可以对ADAM 17进行较强的抑制用，当然在我们研究中发现，广谱的抑制剂是存在的，但是其副作用大且缺乏选择性的缺点是需要我们在未来研究中继续努力开发的。 RNAi(RNA干扰技术)在近年来迅速发展，同时也广泛应用在基因治疗中。如前面所述，ADAM 17抑制剂有待解决的特异性的问题，因为许多锌离子依赖性金属蛋白酶有很高的相似性，因此它们的抑制剂也因此缺少特异性。基于此，RNAi技术有着特有的优势。RNAi抑制效果

14、确切，Li F等人将ADAM17-siRNA转染到前列腺癌PC-3细胞中，通过MTT及流式细胞仪检测转染ADAM 17-siRNA对PC-3细胞周期的影响及Western Blot法检测卜调ADAM 17对PC-3细胞增殖期的影响，发现ADAM 17-siRNA可以通过卜调cyclin D 1、上调p21的表达而抑制前列腺癌PC-3细胞增殖=i。在乳腺癌领域中，YANG WenJing等=,i通过转染siRNA片段到乳腺癌细胞中，然后分别采用RT-PCRWestern Blot法检测转染细胞中的ADAM17的表达情况，结果示转染ADAM 17-siRNA后可明显抑制ADAM17 mRNA及AD

15、AM17蛋白的表达，借此有利的说明转染ADAM17-siRNA可以通过抑制ADAM17 mRNA的表达来抑制蛋白的表达，从而控制ADAM 17的生物学功能。在体外实验中，通过实验观察显示，ADAM17的表达受到抑制后可以明显降低肿瘤的侵袭力，故以此作为扳机可以作为抗肿瘤药物研究的一个靶点，RNA干扰技术的针对性强、副作用小的优势，在以后的研究中应继续被开发。 2. 纳米技术 伴随着纳米技术、生命科学的迅猛发展，纳米生物材料和软纳米技术已成为生物医学材料科学和工程发展的前沿和热点，特别是癌症早期诊断和治疗的研究和应用更为引人瞩目。分了影像学及生物芯片技术的诞生和发展使疾病的临床早期诊断产生了质的

16、吃跃，极大的推动了医学分了诊断的迅速发展。作为分了影像学的前沿一一磁共振影像(MR工)技术虽已成为癌症及心血管疾病的最有效的诊断手段，然而如何通过提高MR工分了探针的灵敏度、组织和器官的靶向效率、细胞识别及信号放大等方式加强显影效果是MR工分了探针当今面临的严峻挑战。另一方面，研究和发展具有组织/器官靶向乃至可识别肿瘤细胞的(智能型)药物传递系统，是提高抗癌药的生物利用度、降低系统毒性、提高癌症患者治愈率的关键，并成为抗癌药物的发展方向。 多功能磁共振分了探针具有被动和主动双靶向功能并含抗癌药的MR工分了探针不仅增强了磁共振成像的特异性细胞识别和灵敏度，而且还能杀伤癌细胞起到治疗作用。单一载体

17、高效负载抗癌药、MR工显影剂及靶向分了是富有挑战性的难题。肤类树枝状大分了是一类经有序组装构建的具有特定尺寸和形状、高度支化、三维结构的单分散性新型纳米生物医用材料，其优异性能使它成为一类当之无愧的新型多功能MR工分了探针材料。通过分了设计和组装获得的同时负载抗癌药和磁纳米粒的胶束是另一类具有极高临床应用价值的多功能MR工分了探针。通过cRGD环状短肤的标记，可选择性地识别肿瘤新生血管内皮细胞上高度表达的a (3:3整合素，获得兼具被动和主动的双靶向功能。 药物/基因靶向传递系统高效低毒的非病毒基因载体是基因治疗得于成功的关键之一。截至2007年7月，公布的癌症基因治疗方案全球共1309项，其

18、中仅一7%的基因载体是非病毒的脂质体。然而，低的基因转染效率及缺乏组织/器官靶向，特别是肿瘤细胞识别而限制了其发展。由脂质体与聚阳离了构建的具有特定配体的复合物(LPC)不仅提高了基因转染效率，而且利用人体肝细胞膜上的唾液酸糖蛋白受体的作用、肺部毛细血管可以截留阳离了型LPC的生理特点，实现了肝、肺的靶向基因传递，为解决基因治疗中的静脉给药的靶向问题奠定了基础。 2.1纳米技术用于体内癌症标志物的检测和诊断 目前，常规的医学成像技术尚不能对癌症的早期检测提供较高的空间分辨率、为了根据分子表达谱识别恶性病变，大多成像技术要求拥有成像反差对照试剂，这些试剂由与分子识别或击靶试剂进行接合的信号增强材

19、料组成、纳米粒子可以作为一种多功能的、分子的或物理的击靶对照反差试剂用于临床成像，目标是识别、检测更微小、更早期的肿瘤及其微环境的分子表达情况，并改善对病灶的解剖学界定 C an等r首次用量子点在活体内同时对肿瘤进行定位和成像、他们用聚合物纳米颗粒层和聚乙二醇包被量子点，并将其附着在前列腺特异性的单克隆抗体上，然后将这种量子点注射到有前列腺肿瘤的裸鼠循环系统)结果发现，量子点聚集到了肿瘤细胞周围、荧光成像分析可得到在体瘤细胞敏感的多色荧光图，获得肿瘤大小和定位信息、另一些研究者也将量子点连接到前列腺膜抗原的抗体上，通过皮卜注射，将量子点注入植有人前列腺素的老鼠体内，清楚地观察到了肿瘤的大小和位

20、置r s-io 1LVasongkla等fill对载有超顺磁性铁氧化物的聚合物胶束进行了系统研究，发现其在癌细胞双重靶向运输和超敏磁共振成像(MRI )方面有很好的应用前景，对于恶性肿瘤的早期检测具有重要意义、Mintorovitch等rm将造影增强剂Resobist Injection (SHU-555)用于肝脏的MRI)结果显示，纳米氧化铁能明显增强肝脏的对比显像、应用这一成果，定期对肝癌高危人群进行检测，以达到早期诊断的目的、2.2纳米技术用于体外癌症标志物的检测和诊断 将纳米技术与癌症的早期检测技术结合用于肿瘤细胞、组织的检测、观察以及分析等，可以探测到癌症发生发展过程中的内部生物学特

21、征，在分子水平对癌症进行早期检测与诊断、Nida等r.利用连接有表皮生长因子受体的量子点与抗生长因子抗体的共辆对来探测子宫颈癌前期生物学标志物，反映了子宫颈癌在分子水平的变化)Zheng等rm成功地利用硅纳米线阵列，检测出血液中微量的癌症标志物、该技术只需要几分钟就可以在一滴血中检测出多种癌症标记物)此外，研究人员还开发出能检测前列腺特定抗原、前列腺癌-a,-胰凝乳蛋白酶、癌胚抗原及茹液蛋白等肿瘤标记蛋白质的纳米线检测元件、Cross等r5采用纳米技术把一个非常小的探针安装在一个弹簧上面，用它来探测细胞表面并测算其柔软度，由此判断该细胞是否己病变为癌细胞、该技术可以通过原子显微镜观察整个探测过

22、程，提早发现血液里传播的癌细胞，并测出癌扩散的速度、Yang等rm采用西妥昔单打L连接的荧光磁性纳米粒子对人皮癌细胞进行定位，并通过MRI和光谱成像的方法对人皮癌细胞进行检测、Stoeva等rm利用茹附有特定抗体或一段特定核酸序列的纳米金粒，通过磁珠的辅助快速达到鉴别特定肿瘤标记蛋白的目的，可同时检测3种肿瘤标记蛋白:前列腺特异性抗原、人绒毛膜促性腺激素和甲胎蛋白、 3、纳米技术在癌症临床治疗方面的应用 在癌症治疗过程中，人们愈来愈希望能进行靶向治疗，即只杀死癌细胞，而不伤害正常细胞纳米技术的介入为癌症的靶向治疗提供了新的材料和思路。 3.1化疗 化疗是目前癌症治疗过程中常用的方法之一、化疗药

23、物往往在杀死癌细胞的同时，对人体健康器官也造成损伤、纳米技术能够提高化疗药物的靶向性、Rapoport等rH采用一种多功能纳米粒子将化疗药物准确地送入肿瘤细胞内部，提高了化疗药物的靶向性，有效地杀死癌细胞、最近，Tang等,y首次证明了包载阿霉素的聚乙二醇衍生化磷脂纳米胶束可以选择性地在肿瘤组织中蓄积，并渗透到深层肿瘤组织，有效地提高肿瘤细胞内药物的浓度，从而显著增强阿霉素的细胞毒性、抑制肿瘤的生长、延长小鼠的生存时间和降低药物的毒性、3.2热疗法 热疗法是治疗肿瘤的另一种方法、其原理是利用癌细胞和正常细胞对热的敏感性不同，通过纳米粒子与癌细胞靶向结合，在外加物理作用卜使纳米粒子产生能量，造成

24、癌细胞局部温度升高，从而达到杀死癌细胞的目的。 2004年，Bakalova等r-叫各量子点与特异性识别癌细胞的糖结合蛋白抗体进行融合，并将这种复合物加到癌细胞中，当用紫外线照射时，癌细胞与这种量子点结合并发出绿色的荧光，正常细胞则不能结合亦不能显色，以此可用来区别正常细胞与癌细胞，而且经过持续的紫外线照射，可将癌细胞杀死、Liu等r-o证实了用金壳包覆聚苯乙烯纳米颗粒可以简单识别癌细胞与正常细胞、这种“金壳”经近红外光照射后，通过吸收近红外激光能量，能迅速升温“热死”肿瘤细胞，该方法对肺癌的抑瘤率高达55% Chakravartv等f -一将针对淋巴肿瘤细胞特定靶位的单克隆抗体涂覆在微小的碳

25、纳米管上、在淋巴癌细胞培养皿中，涂覆有抗体的碳纳米管茹附在细胞表面，当它们暴露在近红外光卜时，碳纳米管开始加热将癌细胞“煮”死。 热疗法在治疗肿瘤方面有着巨大的应用前景，但热疗法治疗肿瘤的研究和应用目前还面临以卜问题:如何使纳米粒子只被肿瘤细胞吞噬，而不被其他正常细胞吞噬，这是实现对肿瘤细胞均加热的关键;如何将其应用于精细组织中肿瘤的治疗也是热疗法所面临的挑战、3.3药物的靶向性治疗 许多纳米粒子可以作为抗癌药物的输送载体，通过表面修饰，导向分子能与癌细胞靶位特异性结合，使药物定位释放，集中在病变部位发挥作用，达到高效、速效、低毒的治疗效果)纳米粒子的载药量与其表面积成正比，其尺寸卜降3个数量

26、级，它的表面积就提高个数量级，即疗效提高100万 P1等r-叫各碳酸钙纳米晶自组装体作为抗癌药载体，不仅可以增加癌细胞对药物的摄取量，而且可以选择性地在癌组织中释放药物，并且具有明显的细胞核聚集和入侵效应，从而增强对癌细胞的杀伤效果、Kukowska-Latallo等r-将叶酸和细胞毒素氨甲叶酸分别附着在树状聚合的纳米微粒上、当在缺乏叶酸并携带人上皮癌细胞的实验小鼠体内注射吸附叶酸的聚合物后，与单使用氨甲叶酸相比，吸附叶酸的聚合物杀灭癌症细胞的效果提高了10倍，并且只有2%的小鼠出现了中毒症状、Kim等fio以一种可降解的生物多聚物(PLC A)作为基质，将阿霉素和CdSe/ZnS量子点或超顺

27、磁h的四氧化三铁纳米粒子嵌入该基质中，通过聚乙二醇基团将叶酸连接到PLAG上构成了一个完整的纳米粒子、通过MRI和荧光成像来观察连有叶酸的纳米粒子与癌细胞的结合，进而对癌细胞进行监测;同时，通过四氧化三铁的磁导作用将阿霉素运输到癌细胞附近，杀死癌细胞。 随着纳米医学技术的发展，基于纳米技术的纳米靶向性药物输送体系有望实现传统癌症治疗方所无法达到的高效、低毒的治疗效果)3.4基因治疗 基因治疗是通过设计适当的载体，将外源基因导入细胞中进行表达，用以纠正、取代异常基或杀死异常细胞来治疗疾病、基因的运载方式是肿瘤基因治疗能否成功的关键环节、目前使用最多的仍是病毒载体，但病毒转载基因过程包括非常复杂的

28、插入步骤，需要对复杂的大分子序列进行分析)此外，病毒类载体存在引起免疫反应和潜藏着重组病毒的危险性、因此，研究非病毒载体是克服这些问题的有效途径，纳米技术的发展为解决基因转移载体提供了新的思路、 向娟娟等X25对氧化铁纳米颗粒与DNA的结合进行了研究，结果表明氧化铁磁性纳米颗粒可作为DNA转移载体、Chavanv等r-证明了无论在缓冲液还是在细胞培养基中，结合在聚氰基丙烯烷基醋纳米粒子上的寡核葺酸都具有对抗核酸酶的作用，可防i1几核葺酸的降解，有助于核葺酸转染细胞并起到定位作用、Schillinger等r-证明磁性转染可以输送siRNA Song等r_Hy靶向HIV囊膜抗体的Fab片段与包装精子核酸的鱼精蛋白连在一起，并利用这种鱼精蛋白一抗体融合蛋白(F105-P)将siRNA递送到目的细胞中并沉默特定基因、结果表明，siRNA对不表达HIV囊膜的肿瘤细胞没有显著效果、最近，Yezhelvev等P9将直径6 nm的量子点与siRNA结合，成功利用量子点技术向细胞内导入siRNA，其效率是现有方法的10-20倍、Schiff