您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 行业资料 > 纺织服装 > 第十一章纳米技术在生物医学方面的应用(新)
纳米技术在生命科学领域的应用(applicationsofNano-technologyinthefieldoflifescience)一、前言纳米技术是指在1-100nm尺寸上研究和应用原子、分子的结构特征及其相互作用的高新科学技术。现在各国都致力于纳米技术和纳米产业发展,我国的纳米技术起步早,在纳米科技基础研究方面与国际水平相差不大。如果把一粒纳米材料放在乒乓球上,就好像把一个乒乓球放在地球上一样1-100nm1km=1000m=100000cm=1000000000000nm12738km5cm纳米材料及纳米效应纳米材料材料的三维尺寸至少有一维介于1~100nm的材料,即可称为纳米材料。纳米材料一般具有纳米效应。纳米效应表面效应、小尺寸效应、量子效应(包括量子尺寸效应和宏观量子隧道效应)自从1991年Iijima发现碳纳米管以来,由于其独特的结构和性质,引起了学术界和工业界极大的兴趣,展开了从物理到化学领域的研究。CarbonNanotubesandRelatedStructures多壁碳纳米管单壁碳纳米管碳纳米管结构的旋转视图单击图片放映用有机材料来组装碳纳米管,在生命、医药等领域有着广泛的应用前景。碳纳米管的组装材料应向有机、高分子材料方向发展。展望二、纳米技术在生物医学中的应用纳米技术因其独有的特性迅速发展,正逐渐应用于医学、生物、制药等领域。由纳米技术和医学结合形成的纳米医学在疾病的诊断、治疗、载药、释药以及生物材料制造等方面已取得突破性进展。近年来纳米医学表现出了强劲的发展势头。(一)纳米技术和药物治疗采用纳米技术研制出的纳米控释系统包括纳米粒子和纳米胶囊,其优越性如下:⑴可缓释或控释药物;⑵改变药物的体内分布特征,达到靶向输送的目的;⑶可在保证药物作用的前提下,减少给药剂量,减轻避免毒副作用;⑷可提高药物的稳定性,有利于储存;⑸可用其建立一些新的给药途径;(6)增加药物的吸收,提高生物利用度(7)改变药物的膜转运机制,有利于药物对一些特殊部位的治疗形貌表征扫描电镜透射电镜粒径分析理想药物载体的纳米颗粒应具备如下特征具有理想的较高水平的载药量,如30%具有合理的高水平的包封率,如80%有较好的制备和纯化方法载体材料可生物降解、无毒性颗粒直径较小血液循环周期长载药纳米粒的性能特点1、靶向纳米粒具有被动靶向性,载药纳米粒进入循环系统后,通常迅速被单核巨噬系统(MPS)摄取通过三种方式实现通过控制粒径达到靶向通过将受体结合到纳米粒,以形成受体-配体复合物来达到靶向通过细胞非特异性的吞噬来达到靶向靶向药物制剂举例2缓释和控释药物与载体的结合方式,可以是分散于纳米微粒的内部或吸附于纳米粒的表面吸附于表面的药物释放较快分散于基质中的药物,通过基质材料的小孔或随着基质的降解而达到缓慢释放药物的目的释放机制扩散控制模型化学反应控制模型溶胀控制模型控释系统分类缓释剂属控释剂的初级剂型,主要是延缓释放,其释药过程为一级速率。速释剂利用分散学原理,将药物高度分散,甚至以分子分散或制成分子包和物;或加入吸收促进剂,使药物释放、吸收速度增快.达到速效、高效。恒释剂属精密释药系统.释药过程为零级速率其与缓释、速释的主要区别是:血药浓度受给药系统控制,而不受机体吸收过程控制。3降低不良反应①纳米微粒的靶向作用,使得由于治疗药物的非特异性分布而引起的毒性大大降低;②消除血药浓度的“峰-谷”现象,维持一定的治疗浓度,有效防止了由血药浓度瞬时过高引起的不良反应。实例:阿霉素PLGA纳米粒能降低对HepG2细胞的不良反应,AmB—PCL纳米粒能降低两性霉素B对健康小鼠的急性不良反应。常用的药物载体高分子材料生物降解性高分子非生物降解性高分子明胶聚乙烯醇淀粉聚醋酸乙烯酯白蛋白聚苯乙烯胶原聚硅氧烷橡胶甲壳素或壳聚糖聚丙烯酸酯纤维素聚酰胺藻酸盐聚甲基丙烯酸甲酯聚酸酐聚氨基甲酸酯聚酰胺聚酯聚腈基丙烯酸烷基酯聚乙烯脂肪族聚脂聚四氟乙烯目前我国应用较多的药物载体材料1、肿瘤纳米控释系统作为恶性肿瘤药物的输送系统是其最有前途的应用之一。由于恶性肿瘤细胞有较强的吞噬能力,肿瘤组织血管的通透性也较大,所以静脉途径给予的纳米粒子可在肿瘤内输送,从而可提高疗效,减少给药剂量和减少毒性反应。例如:把抗肿瘤药ZnPcF16装载到聚乳酸(PLA)纳米粒子和聚乙二醇(PEG)修饰的PLA纳米粒子中,给小鼠静脉注射后,发现前者的血药浓度较低,是因为PEG修饰的纳米粒子能减少网状内皮系统的摄取,同时,增加肿瘤组织的摄取。磁性热疗治疗肿瘤SketchofthefirstprototypeMFHtherapysystem(MFHHyperthermiesystemeGmbH,Berlin,Germany).TheACmagneticfieldaxisisperpendiculartotheaxialdirectionofthepatientcouch(1)Thetherapysystemisforuniversalapplication,i.e.,suitableforMFHwithin,inprinciple,anybodyregion.Itisaferrite-coreapplicator(2)operatingatafrequencyof100kHzwithanadjustableverticalapertureof30}50cm(3).Thefieldstrengthisadjustablefrom0to15kA/m.Thesystemisaircooled(4)Aperture,fieldstrength,hermometryandfurthersystemparametersareon-linemonitoredandadjustedmanuallybythephysicianatthecontrolunit(5).Thetemperatureismeasuredinvasivelywithfluorooptictemperatureprobeswithinthetumorandatreferencepointsoutsidethepatient(6).靶部位药物占给药量的百分比Tissueconcentrationsexpressedasapercentageofthedoseadministeredpergramtissueinratglioma-2tumorbearinganimals(n=3)followingtheintraarterialadministrationofsmallmagneticparticles(SMP)suspendedin0.1%Tween80/saline.4mgFe3O4/kgover2mininthepresence(+)andabsence(—)ofa6000Gmagneticfield.Animalsweresacrificedat30minand6hpost-injection.(Pulfer,SharonK.;Ciccotto,SuzanneL.;Gallo,JamesM;DistributionofSmallMagneticParticlesinBrainTumor-bearingRats;JournalofNeuro-Oncology;;vol:41;1999,99-105)2、感染性疾病①艾滋病:因巨噬细胞在艾滋病的免疫病理中起重要作用,所以,把抗病毒药定向地输送到巨噬细胞,就能使药物充分发挥作用,从而可减少剂量,减轻毒性反应。例如:载有叠氮胸苷(AZT)的纳米粒子静脉注射后,在大鼠网状内皮系统中的浓度比注射AZT水溶液后的浓度要高18倍,经口给药,纳米粒子可更有效地把AZT输送到网状内皮系统。不难发现,对受艾滋病毒感染的巨噬细胞进行靶向输送抗病毒药物也将成为纳米粒子的一个新用途。②寄生虫病:利什曼原虫在世界范围内有较高的发病率和病死率,药物治疗有效率不高,并有较大毒性。纳米控释系统能够提高药物在单核巨噬细胞内的抗病活性。有报道,载有伯氨喹的聚氰基丙烯酸己酯纳米囊对体外巨噬细胞内的杜氏利什曼原虫的作用比游离伯氨喹的作用强21倍。③细菌感染:纳米控释系统在抗菌药物方面的应用,目前仅见体外研究的报道有研究也证明,培氟沙星和氧氟沙星从聚氰基丙烯酸乙基酯纳米粒子的释放是双相过程,与游离药物相比,载药纳米粒子对标准菌株的抗菌活性增加了2-50倍。3、高血压病用制备了载有硝苯地平的聚己内酯、聚乳酸聚乙醇酸(1:1)共聚物、丙烯酸树脂等3种纳米粒子,与硝苯地平的对照溶液相比,结果表明,硝苯地平纳米粒子剂型的早期降压作用不明显或降压幅度减小,降压作用的维持时间延长。4、中枢神经系统疾病一些中枢神经系统药物所治疗的疾病是慢性病,需要长期用药,纳米控释系统能起到缓释作用,特别适用于这些药物。用乳液聚合技术制备的载有抗精神病药—沙伏塞平的聚乳酸纳米粒子,在体外,药物从不同粒子大小和药物含量的纳米粒子的释放过程可以从几小时至30多天。5、糖尿病糖尿病是影响健康和生命的常见病,胰岛素注射剂是临床上常用的治疗剂型,一般皮下注射。患者须承受反复注射的麻烦和痛苦。口服给药一直被认为是最方便、最易被患者接受的给药途径,纳米控释系统可使胰岛素经口服给药有效。6、眼科用药载药纳米粒子的胶体悬液滴眼后,能使药物经角膜的吸收增加,作用增强或延长,非角膜的吸收减少,副作用减少。载有环孢素A和消炎痛的聚己内酯纳米粒子或纳米囊都能增加药物通过角膜的吸收。7、疫苗佐剂包裹或表面结合疫苗的纳米粒子的辅助作用已经在对皮下和口服用药的研究中被证实。纳米粒子的辅助作用在于持久地释放被包裹的抗原,或加强吸收作用和身体免疫系统对被纳米粒子结合抗原的免疫反应。(二)纳米技术和介入诊疗美国的一些大学教授创造性地提出:把纳米控释系统与导管介入技术相结合,心血管内局部用药,防治血管成形术后的再狭窄。在猪冠状动脉再狭窄模型中,载有U-86893的纳米粒子能成功地抑制再狭窄的形成,载有肝素的纳米粒子能防止局部受损伤血管处的血栓形成,进而有助于防止再狭窄。(三)纳米技术和基因治疗基因治疗一般是指将限定的遗传物质转入患者特定靶细胞,以最终达到预防或改变特殊疾病状态为目的的治疗方法。基因治疗是治疗学的巨大进步,质粒DNA插入目的细胞后,可修复遗传错误或可产生治疗因子(如多肽、蛋白质、抗原等)。从基因水平治疗疾病,大大超越了对症治疗的效果。基因载体病毒载体(viralvector)免疫原性高、毒性大、目的基因容量小、靶向特异性差、制备较复杂及费用较高。非病毒载体(non-viralvector)低免疫反应、低毒、无基因插入片段大小限制,使用简单、制备方便、便于保存和检验。胞外屏障调理素(opsinins如血清抗体、补体)网状内皮系统(reticulo-endothelialsystem)胞外基质降解酶胞内屏障细胞膜内含体溶酶体核膜AdvantageofnanoparticlesEliminatedSmallparticlesareeasiertoescapefromtheimmunesystem,andcouldstaylongerincirculationAsenzymehaveveryhighspecificity,DNAcomplexedwithpolymercouldnotberecognizedbymostenzymeThisparticlewhichhasalotofpendentbondisunsaturatedandcanaddsomeproteinsuchasantibodytoitbychemicalorstaticforce.Mostbiologicalpolymercouldcompletelyabsorbedbyus,soitisinnoxious.Non-viralvectorsPlasmidNon-viralvectorsLiposomeNon-viralvectorsPolym
本文标题:第十一章纳米技术在生物医学方面的应用(新)
链接地址:https://www.777doc.com/doc-4667756 .html