核酸适配体功能化的脂质体负载上转换颗粒用于肿瘤靶向成像

核酸适配体是一类能够与靶标物高特异性地结合的寡核苷酸序列,可作用于金属离子、小分子化合物、蛋白质及细胞等.由于对靶标物具有高选择性,核酸适配体可赋予递送体系靶向特异性,同时增加递送药物及成像试剂在肿瘤组织内的富集,在分子诊断和体内靶向治疗等生物医学领域具有很大的应用潜能.本文基于聚丙烯酸(PAA)修饰的NaYF4:Yb/Er/Nd@NaYF4:Nd上转换纳米颗粒(UCNPs-PAA),将其封装于AS1411核酸适配体修饰的脂质体(Apt-Lip)中,构建了一种近红外(NIR)光激发的光学成像及靶向识别的UCNPs@Apt-Lip多功能纳米平台.透射电子显微镜、水合粒径、Zeta电势及共聚焦实验图表明成功制备了具有独特的核@空腔@壳构造的纳米体系.流式细胞仪和靶向细胞荧光共聚焦成像实验结果表明UCNPs@Apt-Lip材料对人乳腺癌细胞具有很强的靶向识别及荧光成像的能力.该多功能纳米平台具有上转换发光成像的可动核心,中空内腔和靶向壳层等独特性能,有望推动其在光催化纳米反应器、药物输送、肿瘤治疗等领域的发展.     

面向靶向医疗的微纳米机器人

微纳米机器人指的是尺度在微纳米级别(几纳米至几百微米)的微型机器人，其能够将磁能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动，具备能完成更高效、更精确局部诊断和靶向治疗的潜在功能，在生物医学领域有广阔的应用前景。文章详细介绍了微纳米机器人的制备方法，阐述了相关驱动手段，总结了其在靶向医疗应用方面的研究进展，并讨论了其在活体应用时面临的挑战以及未来的发展方向。     

面向靶向医疗的微纳米机器人

微纳米机器人指的是尺度在微纳米级别(几纳米至几百微米)的微型机器人,其能够将磁能、光能、声能或其他形式的能量转化为机械运动,具备能完成更高效、更精确局部诊断和靶向治疗的潜在功能,在生物医学领域有广阔的应用前景。文章详细介绍了微纳米机器人的制备方法,阐述了相关驱动手段,总结了其在靶向医疗应用方面的研究进展,并讨论了其在活体应用时面临的挑战以及未来的发展方向。     

磁性微纳米尺度游动机器人:现状与应用前景

微纳米机器人在生物医学、环境检测和处理等多个领域具有非常重要的潜在应用,而磁场作为一种可以驱动并控制微纳米机器人的无线操控手段,具有获取简单、调试方便、能够无损穿透生物组织等特点,因此关于如何将磁场应用在微纳米机器人领域的课题一直受到国内外研究者的广泛关注.本文对目前磁场在微纳米机器人中的应用进行了简单的分类与归纳,介绍了相关机理,阐述了磁场在微纳米机器人领域的重要地位,旨在为今后的相关研究提供参考.     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

功能化二氧化硅纳米材料在肿瘤治疗领域的应用

纳米材料(如脂质体、聚合物胶束、树枝状聚合物)基于其良好的物理化学特性,在药物递送、成像诊断等肿瘤诊疗领域拥有巨大的应用前景.其中,介孔二氧化硅纳米材料(mesoporous silica nanomaterials, MSNs)具有独特的孔径结构、较大的比表面积,并且其粒径大小、形貌结构易于调控,同时结合多种修饰手段,在生物医学领域引起了广泛的关注. MSNs材料功能化修饰后,可作为化学药物、基因、核酸、多肽、蛋白酶等治疗药物载体,在内、外源性刺激触发下,对肿瘤部位进行特异性靶向识别和可控性药物释放,使得肿瘤诊疗一体化成为可能.本文在对MSNs材料独特的物理化学特性进行介绍的基础上,综述了其在现代生物医学中的发展趋势,并展望了其在临床应用中的巨大潜力.     

层层自组装纳米药物载体在癌症治疗中的研究进展

层层组装制备过程简单,适用基材广,可通过组装基元和超分子组装驱动力等参数的调控和组合,衍生出众多的超分子组装结构和功能,发展为最有潜力的表面可控制备、修饰技术.层层自组装技术近些年来在生物医学领域研究突出,本文主要概括了层层自组装纳米药物载体共载两种治疗制剂,以及不同响应型和靶向功能的纳米药物载体的构建及功能,并在此基础上探讨了其在抗癌治疗的发展前景.     

为什么要设计酶催化活体自组装?

自组装纳米材料在药物递送方面的应用具有巨大的潜能.其尺寸的可调控性、病理环境响应性等物理化学行为,使得自组装纳米载体可以通过改进主动靶向、被动靶向、血液长循环等方面来提高药物递送能力.然而,相对于大量基础研究的投入,目前的临床转化依然面临着巨大的挑战.其中除了药物研发固有的高风险特征外,其主要原因还包括自组装纳米材料在体的稳定性、递送效率以及代谢毒性等问题.由此,我们从自然的自组装过程中得到启发,率先发展了活体自组装(in vivo self-assembly)的策略.它是指通过将外源性的分子引入到特定的生理和病理环境下,在细胞、组织甚至活体生物内进行自组装,形成可控的高级有序结构.通过调控其在复杂生物环境下时空可控的组装,从而实现特定的功能.体内自组装纳米药物具有组装诱导滞留(assembly induced retention,AIR)效应,能够显著增强药物在靶点病灶部位的富集和滞留,增强递送效率,提高药物利用率,同时降低药物在肝肾部位的蓄积,降低了毒性副作用,为癌症等重大疾病的诊断和治疗提供了新思路和新策略.     

核酸适配体在肿瘤靶向治疗中应用的研究进展

核酸适配体是一类能够特异性地和靶物质结合的寡核苷酸序列.它可作用于蛋白质、金属离子、小分子化合物、细胞膜表面受体等靶标.其结合能力可与抗体相当甚至更强,同时具有低免疫原性、稳定性好等特点,并可结合各种药物及载体构建多元复合靶向给药系统用于肿瘤靶向治疗,在生物医学领域引起了极大的关注.本文综述了核酸适配体结合化疗药物,或以聚合物、无机纳米粒子(碳纳米管、氧化石墨烯、金纳米粒、介孔二氧化硅、量子点和磁性纳米粒)、树枝状分子、脂质体、胶束等纳米粒子为载体的药物传递系统用于肿瘤靶向治疗的最新研究进展.     

基于DNA纳米结构的siRNA输送体系的研究进展

随着多个功能性核酸药物获得FDA的批准,基因治疗近年来取得了长足的进步,迸发了新的青春.小干扰核糖核酸(siRNA)是基因治疗的核心成员,siRNA的高效递送则是其临床转化的关键.不同于传统阳离子脂质体、聚合物等通过静电相互作用实现siRNA的负载压缩形成纳米递送体系,DNA纳米结构通过核酸亲和杂化作用负载功能性核酸,实现siRNA的递送和相应的基因治疗.本文简要回顾了siRNA在基因沉默过程中的功能和机制,介绍了DNA纳米结构作为载体用于功能性核酸递送的基本原理和优缺点,进而详述了几类具有特色的DNA纳米结构用于siRNA递送系统,最后探讨了现有技术存在的挑战,并对本领域的发展做了进一步展望.     

功能化介孔硅纳米载体的设计及其应用

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料因其优良的物理化学性能在生物医学领域表现出巨大的应用潜力,已被广泛应用于药物/基因传递、疾病诊断、以及组织工程修复等,尤其在纳米抗癌制剂的研究中占有独特的地位.其中,介孔硅纳米粒子(mesoporous silica nanoparticle,MSN)因其独特的优良性能,如合成方法简单易行、重复性好、纳米粒子尺寸及介孔孔径均一可调、比表面积高、孔体积大、表面易进行功能化修饰、具有良好的生物相容性、能够有效负载诊疗制剂,而被广泛应用于构建药物控制释放系统.这种以介孔硅纳米粒子为基底构建的多功能智能响应载体系统能够有效运载抗肿瘤药物,其能够在到达病变部位以前保持"零释放"性能,而在进一步靶向功能基介导下特异性达到肿瘤部位或细胞后,在特异性刺激信号作用下响应性释放药物.这种将抗癌药物特异性传递至靶位点的方式,能够极大程度地发挥药物治疗效果,有效降低抗癌药物毒副作用,提高药物利用率,从而为高效抗肿瘤治疗提供保障.本文综述了刺激响应型介孔硅纳米粒子在抗癌纳米医学中的系列应用,着重介绍用于智能药物释放和肿瘤靶向治疗的介孔硅纳米粒子的多种功能化构建策略.     

金纳米棒:性能、制备、修饰、生物成像技术及应用

随着生物医学的发展,对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高,纳米材料和技术被越来越多地应用到生物医学领域.各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像领域.本文结合本课题组在该领域的研究经验,综述了金纳米棒的制备方法、光学性能和表面修饰方法;并从金纳米棒局部等离子共振特性出发,综述了金纳米棒的暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术.同时阐述了金纳米棒在生物成像、医学诊断和联合治疗等领域中的应用进展.     

刺激响应性金属-多酚胶囊的可控组装及其在药物递送中的应用

微胶囊是一类由天然或合成壁材构筑的具有中空结构的微型容器.通过金属-多酚网络(metal-phenolic networks,MPN)自组装制备的功能微胶囊,因其具有pH响应性、荧光成像、正电子发射断层扫描成像等特性,在化学和生物医学等交叉研究领域引起了广泛关注.本研究以沸石咪唑酯骨架材料(zeolite imidazolate framework-8, ZIF-8)为模板,制备了pH响应性的MPN胶囊,并研究了其细胞毒性和细胞相互作用.通过改变ZIF-8模板的尺寸,可以在200 nm～1μm范围内调控MPN胶囊的大小;由于ZIF-8纳米颗粒可以利用乙二胺四乙酸(EDTA)溶解,因此,在MPN制备过程中可以在温和的条件下去除模板;调控单宁酸和Fe~(3+)浓度及反应时间来控制胶囊壁厚.该胶囊具有良好的pH响应性,并能有效封装和递送抗肿瘤药物阿霉素,在纳米药物领域具有潜在的应用价值.     

微球递药系统的开发及其疾病治疗应用

微球作为功能载体,能够用于药物的递送.随着材料科学和技术的发展,微球递药系统的研究逐渐得到了广泛关注.作为一种新兴的药物递送方式,微球递药系统有望克服传统给药方式的诸多局限性.此外,微球具有优异的生物相容性和可控性,可以实现对药物的精准递送和控制释放,从而提高药物的疗效并降低其副作用.基于此,本文首先总结了微球的多种制备方法及常用材料,然后系统总结了具有不同功能的微球递药系统,并概述了其主要疾病治疗应用,最后针对微球递药系统领域面临的挑战和未来发展趋势进行了展望.     

多功能生物可降解聚合物纳米药物载体:设计合成及在肿瘤靶向治疗上的应用

生物可降解聚合物纳米载体具有良好的生物相容性、较长的体内循环时间、可靶向富集到肿瘤组织、在体内可降解等优越性能,是实现肿瘤靶向治疗最有前景的载体系统之一.多个基于生物可降解聚合物的纳米药物已投入市场或进入不同临床试验阶段.然而,纳米药物虽然有效降低了药物的毒副作用,却并没有显著提高肿瘤治疗效果.同时,纳米药物还存在体内稳定性差、药物易早释、肿瘤细胞内吞效率低、细胞内药物释放缓慢等问题.因此,提高纳米药物疗效的新策略成为国际研究的前沿和热点.本文综述了近年来本课题组及国内外学者在构建多功能生物可降解聚合物纳米载体和肿瘤靶向治疗上的研究进展.本文重点介绍了以下4个方面:(1)化学或物理交联稳定的生物可降解聚合物纳米载体,有效提高了纳米药物的体内稳定性,抑制药物早释,增强肿瘤靶向性能;(2)生物响应性生物可降解聚合物纳米载体,实现了抗癌药物在肿瘤组织和肿瘤细胞内的快速高效释放;(3)刺激敏感可逆交联的生物可降解纳米载体,巧妙解决了聚合物纳米载体在血液循环时需具有高稳定性、而在肿瘤细胞内需快速高效释放药物的矛盾;(4)靶向肿瘤的生物可降解聚合物纳米载体,促进了纳米药物在肿瘤组织处的滞留,增强纳米药物的内吞效率和肿瘤细胞内的富集.我们相信多功能聚合物纳米药物经过缜密设计、精确制备和系统研发,将会陆续进入临床应用并在肿瘤靶向治疗中发挥重要作用.     

基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗研究进展

磁热疗是一种新型的肿瘤物理治疗方法,是肿瘤纳米医学范畴的重要研究内容之一,相对于传统的肿瘤热疗,具有低毒、可控等优势,已被证明其在临床肿瘤治疗中具有巨大应用潜力.然而当前纳米氧化铁热疗剂磁热转换效率低、纳米靶向递送效率不足,以及磁场发生设备的限制等问题,严重制约了肿瘤治疗效果.随着纳米材料合成技术的快速发展以及人们对于磁性纳米材料生物学效应的深入理解,以四氧化三铁为代表的磁性纳米材料作为可介导外场的新型智能材料在肿瘤磁热疗应用方面取得了长足的发展.鉴于此,本文围绕如何提高肿瘤磁热疗效,从磁性纳米材料的产热机制、优化磁热剂转换效率、提高磁纳米制剂的肿瘤靶向性、肿瘤磁热疗应用以及磁场发生设备等方面展开讨论,综述了基于磁性纳米材料的肿瘤磁热疗最新研究进展.     

pH响应活体自组装生物材料及其在肿瘤诊疗中的应用进展

自组装纳米材料在肿瘤部位具有被动靶向富集效应,提高了药物的递送能力,在生物医学领域具有广阔的发展前景.然而,本质上处于动态平衡的自组装纳米材料在体内传送时会与各种生物界面或生物大分子相互作用,存在结构不稳定的问题,目前还难以实现对其结构的精准控制,这妨碍了它们的进一步临床应用.pH会影响氨基酸的电荷状态,从而对多肽自组装过程中的静电相互作用造成影响,因此改变pH是调控多肽自组装过程的常用方法之一.在此,我们基于活体自组装(invivoself-assembly)的理念,着重综述了基于pH响应型多肽的纳米生物材料的原位制备方法并探讨了其在肿瘤诊断和治疗中的应用研究.通过把用于肿瘤诊疗的功能分子与pH响应型多肽结合,可以构建更复杂的具有生物功能的组装体系,提高成像剂的诊断功能和化疗药物的治疗效果.因此,利用pH响应型多肽在活体中原位构建有序组装体的新策略为开发肿瘤诊疗的纳米材料铺平了道路,为推向临床应用带来了新希望.     

人造纳米颗粒呼吸系统毒性及生物效应的研究进展

随着纳米技术在全球的迅猛发展,人造纳米颗粒已经广泛应用于生物医学领域,其生物安全性成为研究者的关注热点.由于呼吸道是人造纳米颗粒进入机体的主要途径之一,纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性和生物效应的相关研究越来越多.本文介绍了人造纳米颗粒和纳米药物在治疗呼吸系统疾病中的应用,重点归纳了几种常见人造纳米颗粒对机体呼吸系统的毒性效应和可能的毒性作用机制,阐述了影响纳米颗粒毒性的几点因素,为今后人造纳米颗粒的研究和应用提供有价值的参考.     

封面说明

<正>纳米药物载体由于具有延长药物循环时间、提高药物治疗针对性、减少非特异性吸附、减少用药量、降低毒副作用等优点,在生物医学领域具有广泛的应用前景.如何实现有效的药物装载和控制释放,是构建纳米药物载体的关键.王柯敏研究组利用异喹啉类生物碱小分子化合物与腺嘌呤(A碱基)在酸性条件结合力下降的特点,以具有良好生物相容性、DNA酶切保护性以及易于     

纳米酶和铁蛋白新特性的发现和应用

无机纳米材料通常被认为是生物惰性物质,但最新研究表明无机纳米材料本身具有与天然酶相似的催化活性。我们将这类具有类酶活性的纳米材料称为纳米酶。纳米酶的发现打破了人们对酶的传统认知,使纳米酶成为酶学领域研究的新热点。铁蛋白作为一种结构均一的天然球型纳米结构,不仅能够通过改造形成新型纳米酶,而且更重要的是天然铁蛋白本身能够特异性靶向肿瘤细胞,是一种十分理想的纳米药物载体。文章简单介绍纳米酶和铁蛋白的相关概念,并根据我们实验室的工作介绍两种纳米材料在环境治理、免疫检测以及肿瘤诊断治疗等多方面的研究,最后对纳米酶在生物医学中的未来研究方向进行简单展望。