多模态成像引导的光热抗肿瘤联合疗法研究进展

光热疗法(PTT)是一种借助光热试剂将特定波长激光的光能转化为热能,通过局部组织热效应来治疗癌症的方法.因其具有高肿瘤消融效率、对正常细胞的毒副作用小等优点,引起了人们的广泛关注.近年来,大量低毒性、高生物相容性、高光热转换效率的光热试剂被开发.单一PTT虽可杀死癌细胞,但因其可视化程度低、高热过程难以控制,且极易造成癌症二次复发和转移,严重限制了其发展.因此发展具有多模态成像结合癌症治疗方法的光热诊疗纳米平台具有重要的意义.本文综述了近年来多模态成像引导的光热抗肿瘤联合诊疗的最新进展,包括PTT相关的癌症诊断(热成像、光声成像、光致发光成像、磁共振成像、X射线计算机断层扫描成像、正电子发射断层扫描成像等),以及PTT与其他癌症治疗方法(光动力疗法、化学药物疗法、免疫疗法、放射疗法、声动力疗法等)结合的策略.此外,就目前光热诊疗纳米平台所面临的挑战和未来的前景进行了深入分析和展望.     

纳米技术在干细胞研究中的应用

基于纳米技术的干细胞研究是指运用纳米技术开展干细胞的相关研究, 包括基于纳米技术的干细胞微环境培养、干细胞转染、干细胞分离、干细胞组织工程以及干细胞检测、跟踪和成像等, 是结合干细胞和纳米技术这两个前沿科技领域迅速发展并逐渐形成的一个新兴研究方向. 本文评述了最近几年纳米技术应用于干细胞研究的进展, 主要体现在基于纳米颗粒的干细胞分离纯化、纳米颗粒用于干细胞的标记与成像, 纳米颗粒作为基因或其他药物分子的载体转染干细胞以及三维纳米结构控制干细胞增殖分化等方面. 同时, 就纳米材料与干细胞的生物效应研究现状作了阐述, 并进一步展望了基于纳米技术干细胞研究的发展前景与关键问题.     

纳米技术识别和调控肿瘤微环境用于肿瘤诊疗的研究进展

肿瘤是由肿瘤细胞及其周围的基质细胞和非细胞组分构成的复合体.肿瘤微环境在肿瘤的生长与转移过程中发挥至关重要的作用,因此越来越多的研究致力于探索靶向或调控肿瘤微环境的诊断试剂和治疗药物.新兴的纳米技术为肿瘤的精确定位和早期诊断、靶向、长效和联合治疗提供了重要的研发平台,为克服传统药物非特异性靶向和非选择性损伤机体组织的瓶颈问题提供了可能.本文概述了肿瘤微环境的组成、特性及关键调控因子,总结了目前针对肿瘤微环境的抗肿瘤药物研究进展,阐述了靶向型和调控型纳米材料诊断肿瘤微环境的最新进展,同时对靶向和调控肿瘤微环境的纳米材料在肿瘤治疗方面的应用进行综述.提高纳米药物和诊断试剂的特异性及诊疗一体化,将是未来的重要发展方向之一.     

利用纳米技术提高癌症免疫治疗效果的研究进展

免疫治疗是一种通过增强免疫应答反应,或解除免疫抑制作用来治疗癌症的方法.利用纳米技术能够防止抗原、免疫刺激分子等降解,提高免疫刺激分子等药物在肿瘤部位的富集,改善其生物分布和释放动力学,同时使其靶向作用于肿瘤微环境内的基质细胞、肿瘤细胞和免疫细胞,进行局部免疫调节,从而更有效地治疗癌症和预防全身免疫毒性.本文主要对免疫治疗的现状以及利用纳米技术提高免疫治疗效果的研究进行了总结,并对纳米技术在免疫治疗中应用的挑战进行了分析与展望.     

一种用于癌症治疗的硫普罗宁包被载阿霉素的金纳米棒的制备与表征

金纳米材料在医学诊断和治疗领域有着很大的应用前景,其中金纳米棒(AuNRs)更是广泛应用于癌症治疗研究.本文中,硫普罗宁作为一种新型的巯基药物,被用来稳定金纳米棒得到Au-TIOP NRs.阿霉素(DOX)是一种化疗药物,通过与DNA反应扰乱细胞周期,从而诱导细胞凋亡,实验通过静电吸附将阿霉素连接到硫普罗宁包被的金纳米棒的表面从而获得Au-TIOP-DOX NRs,并进行了一系列的表征和初步的细胞毒性实验.另外本文提出,利用金纳米棒的近红外吸收和被动靶向肿瘤细胞的特性可实现肿瘤治疗,更重要的是,巯基药物硫普罗宁的羧基基团可以被DNA/RNA、功能多肽或药物分子等修饰,使金纳米棒成为一种新型的治疗癌症的药物输送系统.     

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.     

硫化铋基纳米材料在癌症诊断和治疗中的应用

癌症仍然是目前威胁人类生命和健康的主要疾病.随着纳米技术的发展,集成不同诊断和治疗功能的多功能纳米材料已成为纳米研究中最活跃的领域.其中,Bi₂S₃基纳米材料由于其特殊的物理化学特性及生物相容性等,在生物医学领域引起了极大的关注.本文系统地总结了Bi₂S₃基纳米材料的形貌调控及缺陷调控策略,概述了Bi₂S₃基纳米材料最近在癌症诊断和治疗方面的研究进展.此外,强调和讨论了Bi₂S₃基纳米材料的生物安全性和生物分布,并对进一步增强Bi₂S₃基纳米材料生物相容性的方式进行了概括.最后,为设计下一代Bi₂S₃基纳米材料作为抗肿瘤药物提供了新的见解.     

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.     

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.     

基于纳米材料的CpG核酸药物载运系统

人工合成的含有胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸的脱氧寡核苷酸(CpG ODN)可以模拟细菌DNA的免疫激活作用,被哺乳动物免疫系统视为"危险"信号而引发机体产生免疫应答.因此,CpG ODN可以作为潜在的治疗性DNA和免疫佐剂,在感染性疾病、过敏性疾病和癌症的辅助治疗中发挥作用.然而,未经修饰的CpG ODN通常易被核酸酶降解,细胞摄取率低,需要较高的给药剂量和反复给药,这些缺陷严重地限制了CpG的应用.近年来,纳米技术的发展为解决核酸药物的递送问题提供了新的工具.已有大量研究报道显示,纳米材料负载的CpG核酸药物表现出高活性、低毒性、生物相容性好等特点,有望作为新型免疫治疗制剂应用于相关疾病的预防和治疗中.本文对CpG核酸药物的发展背景进行了简述,介绍了CpG药物的作用机制、CpG载运对载体材料提出的要求,重点对近年来兴起的多种基于新型纳米材料(包括纳米脂质体/共聚物、各种无机纳米材料和DNA纳米结构等)的CpG载运体系进行了评述,总结了各种载运系统的原理和特点,并对纳米材料递送CpG药物的发展趋势进行了展望.     

纳米药物前景展望

<正>市面上目前只有位数不多的少数几种纳米药物,但有数十种药物正在进行临床前研究或临床试验中。研究人员对这种新技术了解得越多,他们就越发兴奋。在美国癌症研究协会(AACR)年会上,研究人员就这一领域的机遇与挑战进行了探讨。"纳米技术让人们以完全不同的方式进行研究,或期待其在癌症观测和治疗中发挥作用。"加州理工学院的詹姆斯·希斯(James Heath)     

纳米颗粒抑制肿瘤转移的研究进展

肿瘤转移已经成为癌症治愈的最大难题.由于传统手术难以完全清除原发灶,而且传统化疗给药效率低,使得未被完全清除的肿瘤通过上述两个阶段在远端形成转移灶.利用纳米颗粒则有望攻克这一难题.因为它能够在肿瘤部位有效富集、联合如光热治疗等其他疗法,有效抑制原发灶的增殖转移;同时它还能够捕获循环肿瘤细胞、富集于特定转移灶器官或淋巴结、抑制肿瘤(如:脑胶质瘤)的转移和复发.本文以功能性纳米颗粒为对象,总结了功能性纳米颗粒在不同肿瘤组织的富集策略,分析了功能性纳米颗粒清除原发灶的机制和方法,探讨了功能性纳米颗粒对抑制转移灶生长、扩散、复发的影响,最后从临床应用的角度对纳米颗粒的研究现状、未来前景以及面临的挑战进行了分析和展望.     

强磁场在介入医学中的应用

强磁场技术被越来越多地应用于介入治疗中.强磁场介入技术,即通过体外可变磁场遥控操纵位于体内带有磁性物质(药物或导管或支架等)来实现介入诊疗的大型集成化医疗技术.通过该技术可以实现在定向精准给药和快速定位治疗,这给治疗带来了极大的便利,也提高了治疗效率.用于心脏血管治疗的心脏介入磁导航系统是近年来兴起的新型介入导航系统,其通过外源性磁场指引下的遥控操纵技术,可完全避免传统手工操作引起的心脏穿孔等严重并发症,大幅缩短培训周期、减少X射线辐射,通过互联网系统更可实现远程介入诊疗和专家系统.磁性纳米颗粒由于其本征的磁性,既可以作为药物载体在强磁场作用下定向施药,又可以用作MRI的T2显影剂,作为介入治疗的辅助手段.通过类似核壳结构的精巧纳米结构挂载其余影像学显影剂,可以制备磁性纳米颗粒多重显影剂.本文将详细介绍近年来使用磁性纳米颗粒制备MRI用T1-T2联合显影剂以及MRI和PET/SPECT联合显影剂的研究进展.此外,基于磁共振成像的介入治疗技术以其独特的优势在医学介入治疗领域得到广泛关注.相应的技术手段大体上可以分为这样的几个方面:电磁非兼容介入治疗,即将治疗器械放置在远离磁共振的区域进行手术,之后将病人移入成像区成像观测;电磁兼容介入治疗,即应用电磁兼容材料制造手术器械,将手术装置和驱动装置都设计成电磁兼容模式;电磁驱动介入治疗,即利用磁共振梯度或者射频磁场的力学驱动特性来驱动手术器械,实现驱动和治疗全部自动化.     

基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型基因载体

采用正硅酸乙酯与N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷在油包水形成的微胶囊中同步水解的方法, 制备了大小均匀的氨基化二氧化硅纳米颗粒. 由于表面氨基化使纳米颗粒在一定的pH环境下的x (zeta)电位为正值, 与带负电荷的质粒DNA通过静电结合能快速形成纳米颗粒-质粒DNA复合物, 并对结合的DNA有明显的保护作用. 结合纳米技术、生物技术与基因工程技术, 构建了基于氨基化SiO₂纳米颗粒的新型非病毒型基因载体, 应用这一新型基因载体成功地将绿色荧光蛋白(green fluorescence protein, GFP)表达载体pIRGFP导入COS-7细胞, 并在细胞内产生高水平的绿色荧光蛋白表达.     

氧化铁纳米材料在肿瘤治疗中的研究进展

氧化铁纳米材料是目前美国食品药品监督管理局(FDA)批准的唯一可运用于临床的无机纳米材料,在磁共振医学影像中发挥着重要的作用.近年来,随着化学技术的蓬勃发展,以化学修饰改造为代表的优化策略在氧化铁纳米颗粒尺寸大小的调控、成分结构的改造以及表面功能化修饰中大量运用,使得生物相容性良好的氧化铁纳米颗粒在医学健康领域,特别是肿瘤治疗方面的运用得到极大的拓展.本文将探讨以氧化铁纳米颗粒为基元的纳米材料在肿瘤治疗领域的研究与发展,分别就当前氧化铁纳米颗粒的制备工艺、氧化铁纳米颗粒的生物学效应功能、氧化铁纳米颗粒在肿瘤治疗,以及肿瘤免疫微环境调节的运用等方面进行了总结.最后,讨论了氧化铁纳米颗粒作为肿瘤药物向临床转化面临的问题,并展望了其未来的发展方向.     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

多功能纳米CT造影剂的研究进展

计算机断层扫描(CT)具有适用面广、价格相对低廉、高效性和高分辨率等特点,是使用最广泛的无创临床成像技术之一.尽管CT的分辨率远高于传统X射线和其他几种成像技术,但因为成像原理的限制,CT很难分辨软组织的微小变化.为增强软组织的对比度,提高疾病诊断的准确性,人们研制了多种CT造影剂.临床上最早使用的CT造影剂是小分子碘化物,但它们具有毒性和循环时间短的缺点限制了其进一步应用.开发纳米尺寸的造影剂能有效增加循环时间,降低造影剂副作用.除了含碘纳米粒子,基于重金属的纳米粒子,如金、钽、镧系、铋等均可作为高效的CT造影剂.这类新型纳米CT造影剂具有更好生物相容性和更长循环时间,在血管和肿瘤的可视化成像中有十分明显的优势.此外,将CT和其他成像技术,如磁共振成像和超声成像等联合使用,则可以实现优势互补,为临床诊断提供更精确、清晰的图像,为疾病的诊治提供更多个体化诊断信息.考虑到目前疾病诊治,尤其是癌症诊治方面存在的问题,整合了诊断和治疗功能的诊疗一体化制剂更适合临床应用.将CT成像和各种治疗方式结合在一起,即开发基于CT成像的多功能诊疗制剂,可以实现对疾病的实时成像和监控治疗.本文介绍了CT成像的基本原理和当前常用的几种CT造影元素,包括碘、金、铋、钽、镧系元素等,综述了目前多功能纳米CT造影剂的研究现状、发展趋势和面临的问题.     

一种新型的非病毒DNA传递载体:多聚赖氨酸-硅纳米颗粒

DNA传递是基因表达与功能研究及其医学应用的重要技术。安全高效的DNA传递一直是人们梦寐以求的目标，伴随纳米生物技术发展而产生的纳米DNA传递载体为此带来了新的希望。通过OP－10／环己烷／氨水微乳液体系合成了不同粒径的硅纳米颗粒，并利用正交分析阐明了该体系中各组分对硅纳米颗粒粒径及其分布的影响；成功地在小粒径（约20nm）硅纳米颗粒表面修饰上多聚赖氨酸，研制出复合纳米材料－多聚赖氨酸－硅纳米颗粒。DNA结合分析及DNaseI消化实验发现，多聚赖氨 酸－硅纳米颗粒能有效结合和保护DNA。细胞转染实验发现，它能高效传递DNA进入HNE1细胞，并产生高水平的绿色荧光蛋白表达。这些结果表明多聚赖氨酸－硅纳米颗粒是一种．新型的非病毒纳米DNA传递载体，并将可能在基因表达与功能研究及基因治疗等领域发挥重要作用。     

基于Poly(A)/二氧化硅纳米颗粒的pH可控释放抗肿瘤药物载体

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生物修饰的二氧化硅纳米颗粒为载体,发展了一种基于聚A链(Poly(A))/二氧化硅纳米颗粒(Poly(A)/SiNPs)的pH可控释放抗肿瘤药物体系.在该体系中,选择了甲氧檗因(coralyne)作为药物模式分子,通过共价修饰方法在二氧化硅纳米颗粒表面修饰Poly(A),获得Poly(A)/SiNPs颗粒,通过A碱基-甲氧檗因-A碱基结合方式构建了甲氧檗因载药体系.采用琼脂糖凝胶电泳、透射电子显微镜以及荧光光谱等方法对载药体系进行了表征,考察了载药体系的稳定性和在不同pH缓冲液中的释放情况,并采用激光共聚焦成像技术和MTT方法分别考察了该体系在Hela细胞内的定位以及杀伤效果.结果表明:Poly(A)被成功修饰在二氧化硅纳米颗粒上后能很好地与甲氧檗因结合,构建甲氧檗因载药体系,该体系在中性条件具有较好的稳定性,而在酸性条件下(pH6),由于甲氧檗因与A碱基的结合力减弱而被释放出来,实现pH的控制释放.细胞成像结果显示,该载药体系能被细胞内吞并聚集于溶酶体内,通过利用溶酶体的酸性环境释放药物,实现了对肿瘤细胞的杀伤.该体系较好地实现了甲氧檗因抗肿瘤药物的装载和释放,为发展这一类抗肿瘤药物的载体提供了新方法.     

降低纳米毒性的途径及其机理研究进展

纳米材料广泛应用在光照疗法、光声成像、癌症的早期诊断、药物转运和组织工程学等领域,通过应用或无意释放的形式进入植物、动物、人体和生态环境,带来了潜在的环境和人类健康风险.在纳米材料广泛应用或释放到环境之前,亟需探索降低其生物毒性的方法和机理.本文通过对纳米颗粒的物理化学属性,包括尺寸、纯度、表面性质(表面电荷、亲疏水性和表面修饰)以及纳米材料与细胞相互作用的环境条件,包括暴露剂量、暴露时间、反应/作用介质等的调整来探讨降低纳米毒性的方法.同时从细胞及亚细胞结构的生理生化损伤、氧化应激、基因、蛋白质和代谢5个方面来阐述纳米颗粒产生毒性及降低其毒性的途径、机理,并对今后降低纳米毒性的相关研究进行展望.