Multifunctional to multistage delivery systems: The evolution of nanoparticles for biomedical applications

Nanomaterials are advancing in several directions with significant progress being achieved with respect to their synthesis, functionalization and biomedical application. In this review, we will describe several classes of prototypical nanocarriers, such as liposomes, silicon particles, and gold nanoshells, in terms of their individual function as well as their synergistic use. Active and passive targeting, photothermal ablation, and drug controlled release constitute some of the crucial functions identified to achieve a medical purpose. Current limitations in targeting, slow clearance, and systemic as well as local toxicity are addressed in reference to the recent studies that attempted to comprehend and solve these issues. The demand for a more sophisticated understanding of the impact of nanomaterials on the body and of their potential immune response underlies this discussion. Combined components are then discussed in the setting of multifunctional nanocarriers, a class of drug delivery systems we envisioned, proposed, and evolved in the last 5 years. In particular, our third generation of nanocarriers, the multistage vectors, usher in the new field of nanomedicine by combining several components onto multifunctional nanocarriers characterized by emerging properties and able to achieve synergistic effects.     

无机纳米载体在靶向药物输送中的应用研究进展

纳米材料在生物领域的渗透形成了纳米生物材料,而纳米药物载体的研究是纳米生物材料的前沿和热点之一.常见的无机纳米药物载体包括磁性纳米粒子、介孔二氧化硅、纳米碳材料、量子点等,这些无机纳米药物载体在实现靶向性给药、控释和缓释药物以及癌症靶向治疗等方面表现出良好的应用前景.而且,集成像、靶向给药和癌症治疗功能于一身的多功能纳米药物载体比常规化疗药物载体具有明显优势.文中综述了近年来上述无机纳米材料尤其是多功能无机纳米载体在靶向药物输送中的应用及其载药释药行为的研究进展.     

DNA纳米机器药物递送研究进展

 天然分子机器是细胞正常功能（包括DNA复制、细胞内物质运输、离子平衡和细胞运动等）的重要执行者。受天然分子机器的启发,人工分子机器的概念被提出并逐步实践。DNA分子独特的理化性质使得其可作为自组装基元用于构建分子机器类纳米结构。DNA纳米结构具有形状可设计性、精确的可寻址性、结构动态响应性及良好的生物相容性,可以作为一种良好的药物递送载体材料。通过可寻址的负载特定功能元件从而构建DNA纳米载体和治疗型DNA纳米机器,可以靶向性地将药物传递到病变组织和细胞,响应性地释放药物,提高药物的细胞摄取率并降低其毒副作用,有望成为优秀的药物递送系统。基于DNA纳米结构的药物载体已经被用于递送小分子药物、寡核苷酸类药物和蛋白药物。以每类药物分子中的典型药物为例,介绍了DNA纳米载体和DNA纳米机器药物递送系统的研究进展,并讨论了其所面临的挑战及可能的发展趋势。     

Carbon nanotubes in biology and medicine: An overview

Rapid development in the field of nanomedicine is bringing novel opportunities for improved disease diagnosis and drug delivery. Among various nanomaterials involved in nanomedicine, carbon nanotubes (CNTs) possessing a unique one-dimensional structure with interesting intrinsic mechanical, physical, and chemical properties have been extensively explored for a wide range of applications in biology and medicine. This review article provides an overview of how CNTs are used in different aspects of biomedicine including drug delivery and cancer treatment, bio-sensing, biomedical imaging, as well as tissue engineering. The recent developments, future perspective, and major challenges in this field are discussed.     

磷酸钙纳米材料的制备、性能及应用

 磷酸钙作为生物体硬组织中主要的无机成分,具有良好的生物相容性、生物活性及生物可降解性,广泛应用于骨组织与牙齿修复和替换、药物输运和控制释放、基因转染及诊断成像等生物医学领域。人工合成磷酸钙材料的组成、结构、尺寸、形貌和结晶度等特性均与材料的制备方法有关,且材料的这些特性对其应用起到决定性作用。因此,发展不同的方法制备出具有特定组成、结构、尺寸、形貌、结晶度和性能的磷酸钙纳米材料对其应用至关重要。本文综述近年来在磷酸钙纳米材料的制备、表征、性能和应用研究方面所取得的最新进展,讨论室温制备法、溶剂热/水热合成法、微波辅助快速合成法、静电纺丝法及含磷生物分子磷源合成法等制备方法,分析磷酸钙纳米材料的性能及其在药物装载和可控释放、蛋白质吸附及释放、生物成像等领域的应用,展望磷酸钙纳米材料研究领域的发展趋势。     

单微乳体系中钼酸锰纳米材料的原位生长热动力学研究

钼酸锰纳米材料在光电、催化、磁、机械领域具有重要的应用,现有研究显示其性能与形貌和尺寸具有显著的关系,因此研究纳米钼酸锰生长过程的规律和特征及对生长参数进行定量表征为实现可控合成满足特定需要具有重要的科学意义。但目前已经发展的研究纳米材料的生长过程技术方法,鲜有用通常的生长参数描述纳米材料生长过程的瞬时变化动态精细信息获取其生长的规律和特征。本文采用微量热技术获取了单微乳液法合成不同形貌尺寸MnMoO4纳米材料原位生长过程的特征热谱,结合FE-SEM技术探讨了不同反应参数对MnMoO4纳米材料形貌尺寸及原位生长过程热动力学行为的影响规律,利用热动力学方程获取了生长参数,并且与形貌进行关联,进一步诠释纳米材料的形成机理,最终为发展纳米材料的可控生长提供有力的科学依据。     

基于海洋生物多聚物的功能因子递送系统

基于海洋多聚物的纳米材料是一种新型的功能因子负载体系,临床应用中药物与功能因子的递送方式主要有3种,分别是口服、经皮和注射,但由于体感差、药物递送量低、副作用和有效成分活性丧失等诸多问题的困扰,人们更加希望选择既能提高医疗效果和健康水准,又能满足良好舒适性的传输递送方式。研究发现基于海洋多聚物的纳米材料与传统口服递送体系的系统结合可以实现抗癌药物、营养物质、益生菌、疫苗等功能成分的高效递送,大大提高了上述成分的整体生物利用度。通过阐述纳米载体的制备、功能因子的负载及其吸收机制为基于海洋多聚物功能因子递送体系的发展提供参考和借鉴。     

Nanocarriers for siRNA delivery to overcome cancer multidrug resistance

Multidrug resistance(MDR)is an extremely complexed phenomenon in tumor chemotherapy and is one of the major obstacles for successful treatment.Discovery of RNA interference(RNAi)offers a new strategy with great potential to reverse MDR.Specific genes,which contribute to the emerging of MDR,can be silenced by RNAi.However,many natural barriers have to be overcome for efficient and safe delivery of siRNA.In recent years,the various kinds of nanocarriers,such as liposomes,cationic polymers,and inorganic materials,have been developed to deliver siRNA and show good results in reversing MDR.This review mainly summarizes the barriers in siRNA delivery and recent progress in designing nanotechnology-based siRNA delivery systems to overcome tumor MDR.     

纳米载药体系在肿瘤耐药治疗中的应用研究进展

肿瘤是目前引起人类死亡的棘手疾病之一,虽然通过各种现代化治疗手段使肿瘤患者的预后得到了一定程度的改善,但多药耐药依然是导致肿瘤治疗效果不佳的主要难题。纳米材料是近年来的研究热点之一,具有EPR（enhanced permeability and retention）效应、可控修饰、靶向性等众多优点,在突破肿瘤耐药方面得到了愈来愈多的关注。纳米载药体系在肿瘤治疗中发挥着极其重要的作用,可以成为逆转肿瘤耐药的新方式。从肿瘤多药耐药机制、纳米技术在肿瘤耐药中的应用等方面进行综述。指出今后可在以下方面展开深入研究：1）结合肿瘤耐药机制研究,合理控制药物浓度,克服耐药;2）深入探索纳米载药体系的生物安全问题,优化纳米载药系统,使其避免或降低可能出现的毒副反应,为逆转肿瘤耐药提供更全面的理论依据;3）结合免疫学、光动力学、声动力学等多种方法,提高纳米载药体系逆转肿瘤耐药的效率。     

一种新的空间数据库索引结构

提出一种新的空间数据索引结构．利用Hilbert曲线的聚类特性解决了R-tree查寻路径的非惟一性问题;通过最小外接矩形分解技术(DMBR)确定多边形的形状,直接获得空间对象的具体结构信息,获得了更精确的查寻结果;采用改进的分裂算法可提高节点分配的效率和节点的饱和度,减少I／O访问次数,缩短数据在内存与硬盘之间相互交换的时间,该算法已应用于地理信息系统实践中,取得了较好效果。     

四吡咯化合物磁性SiO2载药微球的制备和表征

采用溶胶-凝胶法制备出一种光动力学药物磁性SiO2载药微球复合体.制备出的磁性载药微球基本为圆形,直径大约为30～50nm.通过观察紫外图谱,可以证实药物被包裹在微球中,利用紫外标准曲线估测其包封率为22.03%.利用对-亚硝基二甲基苯胺(RNO)的脱色反应检测光动力学效应,RNO在440nm处的紫外吸收值的下降表明光动力学药物在发挥作用.试验结果表明,这种磁性SiO2载药微球在光动力学治疗方面有着潜在的应用.     

纳米羟基磷灰石对两种药物的载药性能研究

骨缺损常常伴随着炎症、肿瘤等情况,以各种骨修复材料为载体的药物缓释体系是一种新型的给药方式.以纳米羟基磷灰石(n-HA)为载药体系,用红外光谱和透射电镜表征了n-HA的结构,考察了其对抗生素阿莫西林和抗肿瘤药鬼臼毒素的不同吸附作用,并研究其对抗生素阿莫西林吸附量的影响.实验结果表明,n-HA的红外图谱及粒径与人体骨颇为接近,同时n-HA可以吸附有羟基的阿莫西林,并且吸附性能随着阿莫西林初始浓度的不同而不同,吸附速度快,4 h达到吸附平衡;但是对没有特征基团的鬼臼毒素,n-HA不能吸附.n-HA这种对有某些特征基团分子的特异性吸附作用,对载药骨材料的研究具有非常重要的指导意义.     

纳米材料操作定义研究进展

 纳米技术产品中的纳米材料具有未知的安全隐患和不可预期的风险。为保护人类健康与环境安全,有必要对纳米材料和纳米技术产品的生产及使用实行风险评估制度。同时,为加强对纳米技术产业的监管,需要对相关产品实行统一的认证注册制度。制定关于“纳米材料”的定义是建立这些制度的首要任务。在全面综述国际上已出台的纳米材料操作定义的基础上,从尺寸、内部结构、物理化学特性等角度对各种定义进行了对比分析。目前主要是通过寻找一个包容性的尺寸范围或者采用分层级描述的方法对纳米材料进行定义。两种方法都没有强调“纳米材料”定义作为具体法规的“强制性条款”时的不确定性。关于纳米材料需要出台一个更为详细的描述,以作为监管的法规性定义。该定义中包含的其他因素必须适用于所有可能的纳米材料。     

层状双氢氧化物纳米材料的研究进展

层状双氢氧化物(LDHs)的成分可以在较大范围内调控、特殊的结构和性质以及有着广泛的应用前景,层状双氢氧化物纳米材料的研究吸引了国内外众多学者的关注。本文首先介绍了LDHs的化学组成和结构特点,然后综述了LDHs纳米材料的制备、结构表征及性能等方面的国内外最新研究进展,并阐述了纳米晶植入LDHs主体的复合材料的相关研究,最后对其应用前景进行了展望。     

纳米材料在基因治疗中的研究进展:从肿瘤治疗到新冠病毒疫苗

基因治疗作为一种精准有效的策略,可用于治疗包括癌症在内的多种疾病以及预防病毒性感染疾病．然而,基因治疗中使用的核酸药物自身不稳定性和大尺寸阻碍了它们的广泛应用．纳米材料因其免疫原性低、可控性好、易于进行表面修饰等特点,已被证明是基因治疗中最有前途的载体之一．特别是新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情爆发以来,与传统疫苗不同的mRNA疫苗备受关注,而脂质纳米颗粒（LNP）作为该疫苗的递送系统发挥了至关重要的作用,展现了纳米材料巨大的应用前景．本文概述了基因治疗的主要类型;介绍了基于脂质的纳米颗粒、基于聚合物的纳米颗粒、无机纳米颗粒及新型纳米材料如碳点等核酸递送平台;强调了其在肿瘤治疗和COVID-19核酸疫苗中的最新研究进展;提出了纳米材料用于基因治疗的挑战与前景．      

微针给药系统的研究进展

微针是一种具有微米尺度的经皮给药技术,从内部结构可分为实心与空心微针.制作微针的材料主要有硅、金属、聚合物等.微针增强了皮肤对药物尤其是大分子药物的渗透性,不会到达神经分布丰富的皮肤深层组织,并且使用方便,因此是一种高效、无痛、安全的经皮给药方式.微针在胰岛素给药、卵清蛋白的免疫接种、缓控释给药、微量输液等方面的研究为微针经皮给药提供了应用可能.     

PHBV/葡聚糖纳米药物载体的制备及表征

两亲性聚合物纳米颗粒作为疏水性抗肿瘤药物载体因其能够增强化疗效率并降低毒副作用而受到广泛关注.采用双乳液溶剂挥发法制备了聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)/葡聚糖纳米颗粒,测得平均粒径为205.0±6.9nm,Zeta电势为-1.59±0.12mV,纳米颗粒具有明显的壳核结构,粒径均一,分散性良好.将疏水性化疗药物顺铂包载后,其粒径及电势均无明显变化,载药量达19.3±2.9%.顺铂在模拟肿瘤细胞环境pH=5.5的磷酸盐缓冲液(PBS)中比正常细胞环境pH=7.4时释放更快,且累计释放周期均长达7d以上,表明该药物载体具有一定的pH响应性以及优异的缓释性能.细胞集落形成实验表明PHBV/葡聚糖纳米药物载体具有良好的生物相容性,而载药纳米颗粒对肿瘤细胞的毒性明显高于正常细胞,表明该纳米颗粒对肿瘤细胞具有更强的杀伤作用.综上所述,PHBV/葡聚糖纳米颗粒具有两亲性分子结构,合适的粒径及Zeta电势,显著的缓释效果,对肿瘤细胞具有pH响应性及更强的杀伤作用等优势,有望成为一种新型纳米药物载体,在癌症化疗中显著提高药物利用率并降低毒副作用.     

三水合艾司奥美拉唑镁反应结晶过程晶型控制

对三水合艾司奥美拉唑镁制备过程中晶型控制进行研究,同时对产物的粒度分布等性质进行了工艺优化实验。通过X射线粉末衍射表征产物晶型,借助于二维在线成像系统监测三水合艾司奥美拉唑镁反应结晶过程中的晶体形貌变化,运用马尔文激光粒度仪辅助监测晶体的粒度分布变化。考察了结晶温度、反应物的浓度等因素对三水合艾司奥美拉唑镁晶型与晶习的影响。结果表明,三水合艾司奥美拉唑镁结晶方式为球形结晶,结晶温度是影响晶型的关键因素,优化后的结晶温度为25 ℃。优化后的工艺可以制备晶型固定、粒度分布均匀、平均粒度大的三水合艾司奥美拉唑镁药物颗粒。     

纳米材料毒性机制及其影响因素

纳米材料以其独特的物理化学性质被广泛应用到工农业和人们生活的各个领域,随着纳米材料的生产加工和使用,纳米材料可以经过大气循环、水循环、生物循环进入生态环境,进而侵染生物体,影响人类健康.因此,纳米材料的毒性问题日益受到人们的关注,而纳米材料毒性机制和影响因素是纳米材料毒性研究的热点问题之一.目前,氧化应激和炎症反应是解释纳米材料毒性的两种主要机制,此外,越来越多的研究表明自噬也是纳米材料毒性的一种潜在机制,并且自噬可能与氧化应激和炎症反应相互关联.另一方面,纳米材料的物理化学性质如尺寸、形状、表面修饰等对其毒性产生重要影响.本文首先概括了纳米颗粒进入环境及侵染生物体的方式,分析纳米材料引起生物和环境毒性的机制,最后对影响纳米材料毒性的因素进行深入探讨,以期为纳米毒理学研究提供帮助.     

植物叶相的经济学谱系研究综述

植物叶相分析是利用叶片形态学指标构建与环境相关模型进行气候预测的方法,结合叶片经济学谱系的研究结果,增加多性状之间权衡关系的考量,将有利于此方法的完善。本文以叶片大小、叶片形状、脉络结构和叶缘类型这几类主要的叶相参数为重点,简述其相互之间及与环境的协调适应机制,为该领域的研究提供理论基础。