浅析纳米材料在医疗领域的应用

黄 芳，颜 美，王 莉，何今朝，肖 章

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010)

纳米材料是指具有一些独特的物理或化学特性，粒径在1～100 nm左右的固体物质[1]。纳米材料可分为有机和无机纳米材料两类：其中有机纳米材料包括纳米纤维、纳米管和石墨烯、脂质体、聚合物纳米颗粒等；无机纳米材料包括单质、合金、二氧化硅、量子点等[2]。在过去的几十年里，纳米材料的发展呈爆发的态势，纳米材料的制造、合成、工艺优化、应用、作用机制等引起了学者的广泛关注[3]。纳米材料要求在纳米的级别上进行理解、操作和研究，因此科学技术的进步为纳米技术的发展提供了无限的可能[2]；同时，纳米材料与技术的发展为其在各个领域包括医学领域的应用提供了新思路[4]，推动了各领域的进步。

纳米科学在医学上是特别有前途的领域。研究表明，纳米材料是在所有已知材料中具有最大比表面积的物质，可以有效的运载和输送药物，也可以用于放射性的标记或修饰，因此常用于靶向给药、细胞成像、分子检测等[5-6]；同时，纳米材料具有良好的生物相容性和可降解特性，因此能在相应器官中聚集并有较小的副作用[7]；另外，纳米材料具有缓释特性，能减少药物浓度以降低毒副作用[8]；具有稳定性可用于生物成像、抗菌剂、增强酶的可持续性[4,9-10]……以上这些奠定了纳米材料在医疗领域应用的基础，因此，本篇文章就纳米材料在医学方面的应用进行综述，提供最新的医学信息。

1 癌 症

癌症是当今造成人体死亡的主要原因之一，现有的癌症的治疗法主要包括手术、放疗、化疗、靶向和免疫疗法五类[11]。最近，纳米材料在癌症的治疗和诊断上引起了人们的极大兴趣。与小分子相比，纳米材料因其特殊的性质如大比表面积、高标记能力等，使其具有巨大的癌症成像潜力与治疗潜力[12-13]。研究发现，纳米材料可用于癌症光热疗法、磁热疗、靶向给药、影像指导疗法和放射疗法等[9,12]。Rajasekar等[9]提出纳米材料如贵金属粒子、二硫化碳、石墨烯等广泛用于光热疗法中的光热转化剂；Li等[14]提出双金属纳米材料具有卓越的化学发光催化(CL)能力，可以促进CL信号来检测和治疗癌症；Das等[15]论述了具有磁性和光学性质的磁性金纳米颗粒可以用于磁共振成像和癌症治疗；Li等[16]发现静脉注射Bi2Se3的巨噬细胞具有良好的生物相容性，可以增长血液的循环，克服与缺氧相关的药物传递障碍，从而有效地靶向肿瘤，并显著提高光热癌治疗的效率。

2 心血管疾病

据17年世界卫生组织显示，心血管疾病(CVD)是全球人类死亡的第一大原因。诱发心血管疾病的原因有很多，如糖尿病、肥胖[17]、氧化应激[18]、压力[19]等，各种引发因素导致流入心肌的血液不足，造成心肌梗塞或心力衰竭等[20]。CVD的早期诊断对于患者的治疗与康复至关重要。基于CVD的高发病率促进了心血管应用生物材料的研究，纳米材料在心血管疾病的治疗上已经取得巨大的成就。研究表明，纳米材料可以增强心血管系统内的细胞反应，提高生物材料的性能；可以用于核共振成像、测定CVD标记物、生物成像技术的造影剂。另外，控制纳米结构表面可以选择性地引导细胞活动，这对心血管疾病很有用[21-24]。Kopaczynsk等[24]用二氧化钛纳米材料作为心血管支架涂层，改善血管内植入物表面的安全性，使其具有更好的生物相容性并防止了血栓的形成；Hasanzadeh等[26]用二氧化硅修饰和电氧化传感器检测心血管药物，成功证明了该传感器可用于确定人血清样品中所选药物的适用性；李涛等[27]论述了纳米材料在冠心病、高血压、急性心肌梗死等方面均有作用。

3 抗菌剂

微生物感染是当今科学家们攻克的难题之一。抗生素的到来给予了人们希望，但随之而来的耐药性使抗生素的使用受到限制。由于纳米材料的优良特性，部分研究者把目光投在纳米材料上。近年来，纳米材料的抗菌特性得到了应用，与抗生素相比，抗菌纳米颗粒具有低毒、克服耐药性、低成本等优点。公认的抗菌机制包括锋利的边缘介导的切割作用，氧化应激和细胞滞留。各种纳米材料如石墨烯、Ag、Ag2O、TiO2、MgO、ZnO、CaO等已被用作杀菌剂。最近的研究表明，Ag纳米颗粒对人的干扰最小且抗菌活性高，因此在医学界广泛使用[4,28-31]。Balraj等[32]合成球形MgO纳米材料并证明其可作为抗链球菌的潜在纳米材料；Nagarajua等[33]合成掺银的氧化锌纳米颗粒，表明掺银的氧化锌纳米颗粒光催化活性与抗菌活性更优异；Khawaja等[34]合成了高度抗菌的纳米复合氧化石墨烯，壳聚糖和银纳米颗粒(GO-CS-Ag)并通过实验证明GO-CS-Ag纳米复合材料可潜在的应用于生物医学工业。

4 肥胖症

肥胖也是当今世界不可忽略的一个问题。肥胖是一种慢性且终身的疾病，不仅损害健康还明显缩短寿命；糖尿病、高血压、心脏病、癌症、阿尔茨海默氏病等是其常见的并发症。抗肥胖症的疗法依赖于改变饮食、药物和手术治疗；三种方式相结合对于治疗肥胖症是有效的，然而药物疗法存在诸多副作用受到限制。近十年来，因纳米材料可作为药物载体进行靶向给药从而控制肥胖药的组织与细胞分布使其在肥胖症的治疗上受到关注；通过这种方法可以提高疗效，同时减轻副作用[35-38]。Sangwai等[39]为改善奥利司他水溶性差的问题将其制成纳米乳液使其更好的发挥功效；Kesharwani等[40]提出用纳米颗粒如脂质体、树状聚合物、脂质体和胶束可以递送口服降血糖药实现靶向给药，同时减少其降解，提高疗效；MSc等[41]证明氧化铈纳米颗粒的抗氧化作用可以有效减轻小鼠体重，降低胰岛素、葡萄糖和甘油三酸酯的水平，并无明显毒理作用，可用于治疗肥胖症。

5 神经系统疾病

几乎所有的神经系统疾病如中风，脊髓损伤与大脑，脊髓或神经损伤有关。神经系统的损伤通常会牵连到与说话，吞咽，呼吸，学习等有关问题。受血脑屏障或影响周围组织的限制，神经药物的使用受到一定限制；而纳米材料由于其尺寸小且具有靶向性现如今广泛的用于神经药物的递送系统，发挥了良好的作用。迄今为止，包括脂质体、微粒、胶束、纳米乳剂、聚合物纳米颗粒、碳纳米管、量子点和金属纳米管等纳米材料已被用于神经系统的诊断和管理[2,42-43]。Aldinucci等[44]提出碳纳米管已应用于神经组织工程的几个领域，他们用碳纳米管与人类树突状细胞(DC)的相互作用，发现体外分化和激活的DC表现出与碳纳米管连接时的免疫原性较低；Huang等[45]提出脂质纳米颗粒的PEG化是一种有前途的生物材料，可用于抑制P2X(7)依赖性神经炎症反应的靶向治疗。

6 其 它

除上述外，纳米材料在伤口愈合、哮喘、过敏性气道疾病、调节酶活性、皮肤护理、医用纺织品等方面均表现出广阔的应用前景[10,46-47]。Pavlidis等[48]发现酶与纳米材料的相互作用会显着影响酶的催化行为，提高脂肪酶的催化效率；Parani等[49]提出基于聚合物，金属和陶瓷的纳米材料，可用作治疗性输送剂，以加速受损的皮肤和表皮组织的再生；Kabir等[50]论述了基于纳米材料可开发的呼吸分析仪，在选择性、灵敏度、响应时间等方面具有潜在优势，有助于识别特定疾病。

7 结 语

纳米材料因其具有生物相容性、稳定性、大比表面积等良好的性质在医疗领域如癌症、心血管疾病、抗菌、肥胖症、神经系统疾病等方面到了广泛的使用，成为医疗界的研究热点。在未来，纳米材料必将会以更有效、更有针对性的治疗方式呈现在大家面前，纳米材料也会进一步推动其它领域的进步。本篇文章有利于人们获取比较前沿的纳米-医学知识，对纳米材料有一个新的认识。