纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的作用

纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的作用姓名：于忠学院：生命学院 学号：3111037016［摘要］纳米结构与纳米技术推动了生物医学的快速发展。纳米金因其良好的催化活性与光学特性被广泛用于纳米器件制造、纳米生物技术、纳米生物医学、纳米药理学等领域。本文综述了纳米金在肿瘤治疗和细胞成像的最新研究进展，在强调其重要性的同时，亦指出其生物负效应，并对纳米金的未来发展作了展望。［关键词］纳米金；肿瘤治疗；细胞成像；当今，纳米结构与纳米技术为科学研究的热点。纳米技术将使生物医药和医疗方式出现一场新的变革例如基因芯片和靶向治疗技术将为医疗诊断产生深远影响。纳米金为直径0.8—250nm的缔合胶体，具有纳米表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，抗氧化性强，生物相容性好，密度高和光电性能优异等，被广泛用于催化、生物、光电子学、信息存储等领域。目前，合成纳米金多采用Frens法和Brust法。谭碧生等人将其归类为物理法和化学法：前者包括真空蒸镀法、软着陆法和激光消融法；后者包括溶胶法、晶种生长法、反胶束法、相转移法和模板法等，而溶胶法即为一种典型的Frens法。合成工艺的发展推动了纳米金的应用研究，纳米金已广泛应用于纳米器件、生物医学、信息科技等高端领域。本文重点介绍了纳米金在肿瘤治疗和细胞成像的应用研究。1肿瘤治疗和成像医生在对早期癌症检测和诊断时，必须借助于能够识别健康组织和癌症组织的生物医学成像技术。金纳米颗粒具有突出的表面等离子共振(Surfaceplasmonresonance，SPR)性质，能够在特殊波长对光进行吸收和散射：当入射光的波长与金纳米粒子的自由电子的振动频率发生共振耦合时，会产生SPR现象，在紫外到可见光谱范围具有较强的吸收峰，能增强某些特定组织的光信号，从而提高了成像对比度，在医学光成像领域中具有潜在的应用价值。但用于生物医学光成像技术的LSPR波长应被调控在近红外波段(800一l200nm),而普通的金纳米胶体在该波段由于光波被血液和软组织的吸收都处于最小，不利于深层组织病变的检测和治疗。制备金纳米壳状结构(Nanoshells)、金纳米棒(Nanorods)和金纳米笼状结构(Nanocages)有望将金纳米颗粒的LSPR波长调控到近红外波段。1．1金纳米壳球体用于肿瘤治疗和细胞成像金纳米壳球体具有强的光学消光特性，能够自由进入近红外区(700—1300nm),非常适用于生物医学方面。一，在该波长范围内通过人体组织的光学透射最理想；二，通过修饰金纳米壳表面能使其更好地与生物体系结合引。生物偶联效应可将传统的生物识别和纳米壳球体的光学特性有机结合。鉴于纳米金球壳特殊的光热转换性质，可用于红外热疗和光动力药物释放。Himeh等人报道了热融治疗技术。利用金纳米壳球体和抗人类表皮生长因子受体2(HER一2)肿瘤蛋白抗体结合，生物修饰后Au@SiO2能够特异性地和人胸部的癌细胞结合。通过体外适当低的近红外光照射，利用Au@Si02在皮肤深层的不同分布，递送合适的热治疗剂量。经红外光照射，光热效应会消灭所有癌细胞。Hitch等人还在老鼠体内开展了肿瘤细胞切除研究，结果表明：特异性细胞能作为目标被一定剂量的近红外光所消灭，而且不对其临近的组织造成伤害。靶向肿瘤消除的优势在于Au@SiO2是无毒的和生物相容的，且所引发的副作用最小。另外，和放射治疗相比，此方法没有组织记忆，可重复性较好。美国MDAnderson癌症中心的Halas等人使用体外激光照射体内的金纳米壳球体，以非侵入方式传送治疗需要的热量，既实现了热量只到达目标区，又可以使临近的组织不受损伤。Loo等人对HER-2的分子成像进行了研究：与IgG非特异性标记的Au@SiO2的靶向细胞相比，HER2标记的Au@SiO2的靶向细胞表现出明显的光学差异。在明场和暗场环境,细胞对吸收和散射光是敏感的。但在激光器照射后，在细胞内增长的散射影响，仅仅限于HER2靶向细胞;由此，通过不同的照射模式，基于其散射和吸收特征，金纳米壳球体能产生光学对照。1．2金纳米棒用于肿瘤治疗和细胞成像Murphy和Liz—Marzdn等人在金纳米颗粒的合成方面展开了大量研究。他们采用晶种生长法，以高浓度(O.2mol/L)的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂和稳定剂，制备金纳米棒颗粒。王健等人亦使用晶种生长法制备了金纳米棒。Xia等人使用一价金复合物AuCI(油胺)作为前驱物合成金纳米棒。具体过程为：将氩气保护的6—9nm无定形铁纳米粒子分散于5mL氯仿中，之后往此液体中逐滴加入1.5mL溶于氯仿的AuC1复合物(0.01mol・L)。金和铁的摩尔比是3：1，此混合物于室温静置68天，产物经丙酮清洗、离心后便可得直径约2nm的超细金纳米棒。与其他报道相比，合成的直径更小。研究表明，生物样品(如蛋白、细胞以及DNA分子等)对金纳米棒颗粒在近红外区附近的纵向SPR峰的影响很小，不会干扰发光标记。金纳米棒颗粒性质稳定，且其LSPR稳定，可替代化学性质不稳定易于光漂白的有机燃料，加之可见光不易穿透组织，利用近红外激光可实现深层组织的生物成像。此外，金纳米棒颗粒易受近红外光的诱导，利用产生的热量可对肿瘤进行光热治疗。美国Purdue大学的Wang等人将金纳米棒颗粒注人实验鼠体内，用双光子成像技术(TPL)透过皮肤获得了血管结构的原位图像(见图1)。结果发现，图像要比传统荧光染料法明亮，且单个金纳米棒颗粒发出的双光子荧光比单个罗丹明6G分子亮58倍。Yakar等人用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和抗体(anti—EGFRantibody)修饰CTAB稳定的金纳米棒制备生物探针，用于识别和标记与EGFR过度表达的癌细胞，并对癌细胞进行双光子发光成像研究。结果表明，与同一情况的双光子自荧光(two.photonautofluorescence)成像相比，利用金纳米棒的双光子发光成像亮度高，可深人生物组织75“m。研究证实，癌细胞的表皮生长因子受体(Epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)可为癌症提供治疗新靶点。Esayed等人将金纳米颗粒与抗EGFR结合，用于选择性标记癌细胞，采用暗场光学显微镜实现了

癌细胞成像。此外，球形金纳米颗粒对可见光的吸收能力强，能够使光能转换为热能，利用球形金纳米微粒辅助激光热作用，可对表皮癌细胞进行选择性破坏，杀死癌细胞且不损害良性细胞。但是，由于可见光不容易穿透生物组织，球形金纳米颗粒不适合用于深层组织的癌症治疗或诊断。而具有合适比率的金纳米棒颗粒在近红外区(800〜1200nm)对光的吸收和散射能力强。通过选择性控制光源,能够诱导深层组织的金纳米棒颗粒发热，对癌细胞进行发挥诊断(成像)和光热治疗。El—Sayed等人利用寡肽标记的金纳米棒进行细胞核标记，实现了对癌细胞与正常细胞的区分，更为可喜的是使用800nm的激光照射可选择性地杀死癌细胞。但是，想要发挥金纳米棒的巨大潜力并非易事。Hamad—Schiffedi等人引针对金纳米棒表面一种常见的有机分子层CTAB进行了研究。结果发现，由于CTAB很容易从表面脱离和重新结合，因此它的存在会使得金纳米棒表面很难附着和输运其他分子，比如药物或DNA。进一步的研究发现,周围低浓度的CTAB会加速金纳米棒被红外光激发后的热耗散(heatdissipation)；反之，高度浓度的CTAB会让散热过程更慢。因此，该发现有助于最终设计在红外光条件下能燃烧掉肿瘤细胞的纳米棒。SHOO'iiqq1SHOO'iiqq1EJhI・I ■ I ■ h・■1.020304050FosiHcnaim)to(时两金占晋囲愛聊图世：＜h)並过屜營的全螞耗帰感想皆恆此子田像；(t)绘射囲永.单帕的巩光子瞪煉的叠加躋：(d)与o图対圧的抚丸于强廈谱阳创

圉I单孕全蚪米祥赵寅检乱号血曾的原但咸椁1．3金纳米笼状结构用于肿瘤治疗和细胞成像与传统的燃料分子相比，金纳米笼状颗粒的光吸收截面要比前者高5个数量级，且毒性低，颗粒表面容易被生物分子修饰，在纳米医学领域具有广泛的应用前景。夏幼南等人研究发现金纳米笼状颗粒可以用作光声层析成像的造影剂，并对老鼠大脑皮层血管进行了PAT成像，结果发现金纳米笼状颗粒使大脑皮层血管的光吸收增强了81%。此外，金纳米笼状颗粒在癌细胞的识别和光热疗方面有广阔的应用前景。Xia等人的研究表明，表面被抗体修饰的金纳米笼状颗粒能识别并与癌细胞结合。对癌细胞用近红外激光照射，金纳米笼状颗粒既可吸收光子，又能把光能转化为热能，从而使温度升高，把癌细胞杀死，却不伤害到周围没有被照射的细胞。学习总结以上关于“纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的作用“是结合我课题组的研究方向，在实验室师兄的帮助下(由于在现在对实验还不是很熟悉)和在网上查找相关资料的前提下写的。简单的介绍了纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的最新研究进展。通过《纳米生物技术》这门课，学习到了很多与纳米技术相关的知识，使我对纳米技术的应用、科研现状和未来的发展方向有了一个整体的了解，收获颇多。特别是在纳米材料的制备，纳米芯片和纳米通道的这些章节对我启发尤为重要。在这些章节中不仅使我看到了纳米技术的神秘面纱更使我对纳米技术在未来的发展充满了信心。我相信，纳米技术的发展将又是人类认识自然和改造自然的有一个新的里程碑。参考文献谭碧生，曹晓红，莫志宏•金纳米粒子的制备方法及在DNA检测