納米技術在醫學領域的研究及應用現狀
納米技術和材料的發展給醫學領域帶來了一場深刻的革命，催生了納米醫學(nanomedicine)這一全新的學科。納米醫學是運用納米技術的理論與方法，開展醫學研究與臨床治療的新興邊緣交叉學科。它是基于納米結構的材料和器件、分子醫學及分子機器系統3個不斷發展、相互重疊的更強大的分子技術。因此，科學家、臨床醫學家，制藥、儀器設備制造企業等以及投資家和國家政府部門都認識到了納米科技在醫學領域的巨大潛力和可能帶來的突破性發展。了解納米技術在醫學領域的研究及應用現狀，對于更好地了解納米醫學發展現狀有着非常重要的意義。
納米技術與納米醫學之間建立密不可分關系，在這些多元交叉的關系中衍生出一系列的技術和手段，用于醫療保健領域，包括納米診斷技術、納米藥物、納米機器人及納米安全性評價等。
一、納米診斷
納米診斷是指利用納米材料（如熒光納米粒子、磁性納米粒子等）功能特殊性及生物相容性好的特點，通過其在生物體内進行标記、示蹤、探測、信号增強或轉化，以及對生物活性分子進行檢測等，實現對極早期病變進行檢測、診斷、預警。納米診斷技術将會使醫學診斷學發生重大變革，對醫學領域乃至整個生命科學領域産生重大影響。其内容包括納米流-納米陣列、分子診斷納米顆粒、分子診斷量子點、磁性納米顆粒、納米生物傳感器等，分别應用在分子生物标記物檢測、體内示蹤治療細胞、單分子檢測、及時診斷、診療一體化等方面。例如，得克薩斯大學西南醫學中心（UT Southwestern）的研究人員發現一類新型熒光納米粒子，該種粒子具有pH超靈敏性，卻在血液中循環不可見，隻有當其接觸到腫瘤的微環境或新生血管時才會發光。針對不同的類型的腫瘤，采用不同顔色的染料混合後來同時監測。相關研究論文刊登在了2014年出版的《自然-材料學》（Nature Materials）雜志上。
我國科學家已經将功能化超順磁性顆粒應用于化學發光免疫分析，對于提高其檢測靈敏度和特異性，以及實現全自動化操作具有重要作用。
二、納米藥物
納米藥物是以納米粒、納米球、納米囊等納米微粒作為載體系統，與藥效分子以一定方式結合在一起制成的藥物，或者直接以納米粒化的藥物或載體（不載帶傳統藥物分子）制成的藥物。區别于傳統藥物的納米藥物技術具有其他無可比拟的獨特性質和優勢：①提高候選藥物的成藥性；②提高藥物的穩定性；③增加對生物膜的黏附性；④提高藥物輸送的靶向性；⑤控制藥物釋放；⑥改變藥物給途；⑦納米載體攜帶蛋白或多肽抗原。由于納米材料具有與一般材料所不同的物理化學性能，基于納米材料設計的新型藥物載體能夠實現不同于傳統的給藥途徑和給藥方式，還能夠在給藥的同時達到診斷的目的，随時監測疾病的發展，實現診療一體化。
納米載體的開發直接關系藥物能否實現臨床應用。目前藥物載體主要以高分子材料、無機材料為基礎，通過材料改性賦予其靶向性、刺激響應性、生物相容性、可降解性等藥物載體的性能，在基礎研究領域，最新的發展方向主要集中在微、納米藥物載體的開發，開發高效的、靶向性的、可降解的載藥系統引起越來越多的材料和生化領域研究人員的興趣。
目前，納米藥物治療腫瘤的原理基本相同，均是利用增強滲透滞留效應(EPR)效應而使納米藥物富集于病變組織，該方法與傳統藥物富集量相比提高5～10倍，具有代表性的部分産品已經進入臨床研究階段(見表1)。鑒于納米藥物高效的富集性和優越的治療效果，引起了各國政府和知名制藥公司的大規模投入，如美國在2004年就啟動了“腫瘤納米技術”計劃，同時NIH出資在美國建立了8個專門從事納米醫學研究的中心；德國将納米生物技術的主攻方向集中于研制能夠摧毀腫瘤細胞“導彈”；日本投入巨額經費用于靶向性納米載藥技術治療腫瘤的研究。經過十餘年努力，發達國家政府和制藥公司的巨大投入取得了豐碩成果，紫杉醇白蛋納米粒等一系列有影響的納米新藥相繼上市，産生了巨大經濟效益和社會效益。我國也在納米技術改善藥物功效方面投入了大量經費，并且取得了初步成效。納米技術進一步改善藥物功效的研究有望全面推動整個醫藥工業的騰飛，對于提高我國人民的健康水平和促進國民經濟發展均具有重大的戰略意義。
三、納米機器人
納米機器人通常是指按照分子水平的生物學原理設計制造的可對納米空間進行操作的“功能分子器件”，也稱分子機器人，屬于分子仿生學的範疇，某些情況下，能進行納米尺度微加工或操作的自動化裝置也稱之為納米機器人。日前，韓國國立全南大學的一個科研小組研發出了世界上首個可以抗癌的納米機器人，它可對乳腺癌、結腸和直腸癌等高發性癌症進行診斷和治療，并已經在動物實驗中取得成功。這是一種新式的具有強大滅殺能力的納米醫學機器人，這種機器人可以“嗅探”出并殺死癌細胞，同時還不會損害正常細胞。科學家稱，這款納米機器人直徑為３μm，由生物體細菌和藥物推進器2部分構成。據了解，機器人能準确找到引發癌症的病源，而在找到癌症發病處後，藥物推進器會釋放經過基因修改的無害細菌和抗癌藥物來攻擊癌細胞。
中國科學院、清華大學等單位的多個團隊也開展了生物納米機器人方面的研究，對分子馬達進行了大量的理論探索，并開展了馬達蛋白方面的研究工作。具有代表性團隊如清華大學劉冬生教授課題組，通過采用不同無機發電方式驅動的核酸分子馬達，并利用核酸分子馬達構建出一系列具有新型功能納米系統。目前正準備與相關醫院合作将具有輸運和定位功能的核酸納米機器應用于腦腫瘤治療中。
四、納米材料的安全性
納米安全性主要包括納米藥物、納米材料的安全性研究。英國從事納米毒理學研究的知名學者Viki Stone說過，在醫學領域中，所用到的納米材料要經過嚴格的從體外到體内、從藥理到毒理的精細試驗。同樣，納米醫藥和傳統醫藥一樣，均存在收益風險比的問題，然而如果一種藥物能夠挽救人的性命，即使存在輕微的毒性，和沒有毒性但也不能救人的“藥物”相比，還是具有優越性的。随着納米材料和納米技術産品的應用日益廣泛，其成分标注和安全性管理問題成為公衆所關切的問題。歐盟、美國和日本等已提出了“負責任地發展納米技術”，這一觀點得到各國政府和學術界的廣泛認同，充分合理和科學地去預見和減輕納米科技可能帶來的負面影響，預防潛在的負面後果。歐盟第七框架計劃資助了一系列“納米技術健康與環境評價”研究項目，旨在理解納米材料與相關産品的健康效應的基本規律，同時建立關于納米顆粒對健康、安全和環境的影響的科學評價方法和技術。2012年底美國分别頒布《納米技術環境、健康、安全研究》白皮書和《納米材料的環境、健康、安全研究戰略》重複強調納米安全性。各國政府對納米材料，特别是直接應用于人體和消費産品的納米生物材料進入市場，均持“先評估再使用”的态度，迫切需要建立納米材料安全性評估技術和方法。為此，毒理學研究與納米科學等領域交叉，産生的一個新的分支學科—納米毒理學，最近10年的發展非常迅速。
近年來，國家納米科學中心、中國科學院高能物理研究所、北京大學等單位，在重要納米材料的生物效應與機理的研究取得了一批重要的成果，在國内外産生了較大的學術影響。我國從事納米材料毒理學效應分析與納米安全性研究的趙宇亮研究員、柴之芳院士、陳春英研究員作為全球藥理學和毒理學2大領域入選的中國科學家，标志着我國學者在納米毒理學研究領域取得了引領性的研究成就。我國（尤其是北京地區）在納米科技研究領域取得了令人矚目的成就和突破性進展，同時也是納米材料與産品的生産大國，但是在納米産品的生産與監管、消費産品（特别是醫藥衛生和食品）的安全性評價還需要深入的研究，為國家政策法規的建立提供科學依據。
文/李軍男
北京新材料發展中心科技項目部
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