癌症治疗中的纳米技术.pdf

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1、华东理工大学 20102011学年度第 2 学期应用无机化学课程论文班级应化 081 学号10082072 姓名张明辉开课学院化学与分子工程学院任课教师 刘金库成绩_ 论文题目 ：癌症治疗中的纳米技术论文要求 ：要求完成与本课程相关的论文一篇，正文字数在 5000 字以上。论文包括摘要、正文、参考文献三部分。A4 纸，正文小四号宋体字，1.25倍行距。教师评语 ：教师签字：年月日癌症治疗中的纳米技术华东理工大学化学院应化 081 张明辉10082072 摘要：随着纳米技术的发展，纳米技术在医学上的应用越来越广泛，而癌症作为目前威胁人类生命最大的顽症，其治疗也得到了非常大的关注，本文将主要阐述纳

2、米技术在治疗癌症方面的应用及前景展望。关键字：纳米技术；癌症治疗1.纳米技术治疗癌症的优势癌症是目前威胁人类生命安全最大的顽症之一，癌症治疗也是世界性的难题。十年前左右甚至到现在，治疗癌症最传统的手段就是化疗方法进行治疗。化疗（化学治疗 ) 即用化学合成药物治疗疾病的方法，是目前治疗肿瘤的主要手段之一，但是有很大的副作用，由于对癌细胞和正常细胞没有分辨能力，多次放化疗后，患者会出现头发脱落，胃肠功能紊乱，低烧不退，恶心，呕吐等症状。而且化疗在治疗肿瘤方面本身就存在着不少缺陷化疗，凭借现在的科学技术水平，化疗不能根治任何恶性肿瘤。 而纳米技术作为一种新兴的技术手段，在诸多领域内均有广泛的应用前景

3、，当然在医学治疗上也不例外。那什么是纳米技术呢？百度百科中的解释是纳米技术就是用单个原子、分子制造物质的科学技术，是指在0.1100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、 几十个可数原子或分子， 显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。既然要谈到利用纳米技术去治疗癌症，对于传统的治疗方法必然有它的优势所在。其实治疗癌症的方法还是有许多的，药物治疗或者配合手术、放疗和生物疗法等等。临床使用的抗癌药物通常是细胞毒类和抗增殖药物1，它的抗癌机理是利用其高毒性杀死癌

4、细胞， 但是正如前文所述， 同时它也会杀死很多正常的细胞，而且更加糟糕的是一些对药物敏感的癌细胞会很快产生抗药性，不仅仅是对于原先的药物， 对于别的抗癌药物也会产生抗药性，究其原因主要是因为相同的抗癌机理导致， 而产生高度抗药性的癌细胞就此发展为致命的肿瘤。而利用纳米技术治疗癌症则有独特的优点， 用某些经过处理的纳米颗粒不仅可以有效地抑制癌细胞的生长，而且对正常细胞造成的创伤降到最低甚至消除对正常细胞的伤害，实现真正的高效低毒。接来下， 我们就一起谈谈纳米技术在癌症治疗的过程中究竟有哪些应用？2.在早期诊断中纳米技术的应用通常癌症变为不治之症主要是由于前期没有诊断出导致进入了癌症的中晚期，这时

5、候癌细胞的大量扩散， 癌细胞已经浸润周围及远器官。而在癌症早期如果发现及时，约 1/3 可以治愈， 1/3 可以好转， 1/3 可以延长寿命。所以癌症的早期诊断就显得非常重要了。 在癌症的早期诊断阶段， 纳米技术的应用是非常广泛的。2.1 纳米生物传感器纳米生物传感器， 即由纳米载体和能够识别肿瘤细胞表面受体的特异性配位体组装而成，它可以与恶性肿瘤细胞特异性结合，然后利用传感器中的磁信号、光信号等等进行肿瘤细胞的早期诊断。2.2 纳米细胞检疫器纳米细胞检疫器2也就是所谓的纳米秤，能够称量10-9g 的物体，相当于一个病毒的重量，这种纳米秤可定点用于口腔、咽喉等开放部位的早期肿瘤诊断。2.3 微

6、小探针技术这种微小探针3可植入人体内，将人体内的各种生物信息反馈到外部装置中，从而达到诊断的目的，这项技术甚至有可能成为21 世纪医学界的主流技术手段。2.4 纳米生物细胞分离技术纳米生物细胞分离技术4是一种利用纳米颗粒进行细胞分离的技术。其基本原理和过程是：先制备SiO2纳米微粒，尺寸大小控制在1525nm，结构一般为非晶态，再将其表面包覆单分子层。 包覆层的选择主要依据所要分离的细胞种类而定，一般选择与所要分离细胞有亲和作用的物质作为附着层。这种SiO2纳米粒子包覆后所形成复合体的尺寸约为30nm。第二步是制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液，适当控制胶体溶液浓度。第三步是将纳米SiO

7、2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，再通过离心技术， 利用密度梯度原理，使所需要的细胞很快分离出来。此方法的优点是：1、易形成密度梯度；2、易实现纳米 SiO2粒子与细胞的分离。 这是因为纳米 SiO2微粒是属于无机玻璃的范畴，性能一般比较稳定，不与胶体溶液和生物溶液反应，既不会污染生物细胞，也容易把它们分开。因此将纳米微粒用于细胞分离技术，可早期发现血液中的癌细胞，并将骨髓中的癌细胞分离出来，其分离度可以达到99.9%以上。2.5 激光单原子分子探测术这种方法同样具有超高灵敏性，可在含有1022个原子或分子的1cm3气态物质中，在单个原子分子层次上准确获取其中一个。据

8、此，科学家期望对人体内生物分子的活动进行探测， 以找出影响人类健康的线索。 通过它检测肿瘤患者的唾液、血液、粪便和呼出气， 及时发现人体中只有亿万分之一的肿瘤或带瘤游离分子5。2.6 医学造影剂对疾病的正确诊断是有效治疗的基础，现代医学技术进步的重要基础之一是医学影像技术的快速发展， 使得诊断人员可以借助清晰、 直观的图像来了解人体中组织器官形态以及功能的变化。 医学影像技术通常是采用一定的能量束或外场作用于生命体，通过收集这些与生命体作用后的信号改变来反映生命体的结构以及其他性质等。很多时候，为了扩大这种信号差别，经常采用一些明显影响信号大小以及与不同组织或器官有特异性结合的材料注入体内，或

9、者是欲进行成像的部位，增加组织之间、组织与病变之间的对比度，帮助获得更好质量的图像。这种材料一般称为医学对比剂或医学造影剂6。在肿瘤的治疗中， 最为常用的方法是外科手术，要降低手术的风险，必须首先对肿瘤组织进行拍照、 定位。通常为了增加病变组织与正常组织的图像之间的对比度以提高病变组织的清晰度，常常借助造影剂的作用来提高诊断能力，造影剂的引入可以提高对比度和图像的信噪比，有助于病灶的检出， 并且通过病灶增强方式和类型的识别帮助问题定性。纳米材料应用为造影剂存在以下一些优势：（1） 、当磁性材料颗粒具有纳米尺度，其单畴存在的比例增加，畴壁间磁损耗减少，使得有利于获得磁化率等磁学性质更好的造影材料

10、；（2） 、生命体内部不同组织、 细胞等对不同尺寸的颗粒具有一定的选择富集性质，使纳米微粒在特定部位富集而达到被动靶向的目的；若在纳米微粒表面联结特异性标记，如相应抗体等，则该材料就获得了主动靶向的功能；（3） 、纳米颗粒可相对容易地进入细胞，并且可能特异性地与一些细胞器作用或结合，为高分辨率的成像研究奠定基础。3.利用纳米技术进行癌症治疗由于传统的化疗方法有极大的副作用以及不能完全根治的缘故，所以在癌症的治疗上走向技术上的革新利用纳米技术治疗癌症是大势所趋。3.1 纳米技术疗法靶向药物载体进入二十一世纪后的抗肿瘤药物研发战略是在继续深入发展细胞毒性药物的基础上同时逐渐引入分子靶向性药物的开发

11、。迄今为止，很多靶向药物已经在临床起了极其重要甚至是奇迹般的作用。有些已经按照循证医学的原则进入了国际肿瘤学界公认的标准治疗方案和规范。更多、更有希望的药物也在快马加鞭地研制和早期临床试验中。 所有这些都使我们有理由相信，目前肿瘤的药物治疗正处于从单纯细胞毒性攻击到分子靶向性调节的过度时期，应是前程无量。靶向性药物传递和控释性药物传递的最终目标就是发挥药物的最大效应，从而产生最小的毒副作用。 这对恶性肿瘤的治疗无疑具有重大理论和现实意义。要实现药物的靶向传递就必须通过三级靶向：首先到达药物的一级靶特定器官；再到达二级靶特定细胞；最后到达三级靶细胞内结构。要使药物可控性释放就是要使药物在预定的时

12、间内自动恒速释放，作用于特定器官和组织，使药物浓度在较长时间内维持在有效浓度范围之内。纳米颗粒技术的出现给人们带来了无限希望， 使药物的靶向传递和可控释放成为现实，这就是纳米技术疗法。所谓的纳米技术疗法7就是指将已存在的药物用纳米材料进行包装，进行靶向给药的技术手段， 所以这里所说的纳米技术手段就是一种材料技术手段，也就是说将纳米材料作为一种靶向药物载体。纳米颗粒作为抗癌药物的良好载体，它的优点体现在在体内具有长循环、隐形和主体稳定的特点， 能够有效地减少被人体网状内皮系统巨噬细胞吞噬，可以通过毛细血管及血脑屏障并被细胞组织吸收，可以控制药物在靶向部位的释放，减少药物用量、 增强疗效并降低毒性

13、， 能避免药物活性丧失， 有利于药物的储运。研究表明采用纳米颗粒作为基因载体对正常细胞的毒副反应非常小，纳米避免了病毒对患者造成的可能毒性。举两个例子：（1） 、中药砒霜（ As2O3）作为一种抗癌砷制剂用于治疗急性粒细胞白血病（又称为血癌） 已经有 10多年了，但是砒霜的剧毒性限制了其在临床上的应用。所以有人提出讲三氧化二砷制成白蛋白纳米球之后与抗急性早幼粒细胞白血病单抗（ CD33）连接8，可以大大减小其本身的毒性，有效杀死癌细胞，而且能够增大正常细胞的存活率。（2） 、恶性肿瘤的基因治疗也是近些年来探讨的一个热点，但是基因治疗的临床疗效并不是很理想，主要原因是缺乏靶向性强、转染效率高的基

14、因载体。美国密西根州大学医学院免疫学家、纳米医学家技术权威James9等人研制出了一种具有精确纳米结构的树突状多聚体，将装载了DNA 的树突状聚合体注入组织后，其大小正好可以以细胞内吞作用的方式进入细胞，使DNA 分子释放出来，进入细胞核，实现基因的整合。另外，磁性纳米粒子也是近些年来的一个研究热点，其表现出了良好的表面效应。其基本原理是将药物和铁磁性物质共包于或共分散于纳米粒子载体中，静脉注射到体内后，在外加磁场的作用下，通过纳米粒子的磁性导航， 使药物定向移动到病变部位，达到治疗的目的。有研究表明将磁性纳米材料与抗体相结合，一方面通过磁场将药物载体“宏观”地靶向器官中去，当撤去磁性后，依靠

15、抗体实现“微观”靶向。通过双重靶向，实现针对肿瘤的严格靶向治疗。所以在今后一段时间内磁性纳米粒子靶向给药在癌症治疗上必然会成为一个热点。3.2 热疗法肿瘤热疗法是一类利用各种物理能量（包括微波、射频和超声波等）在人体组织上所产生的热效应，使组织细胞温度升到43以上的有效治疗温度，并维持一定时间，达到加速癌细胞死亡的疗法。癌细胞对高热敏感，而且肿瘤组织较正常组织散热轻，大部分肿瘤细胞的致死温度在42.5-43，在此温度范围内，延长加热时间可杀伤肿瘤细胞，抑制肿瘤细胞的繁殖。举一个例子：放射性纳米铁载药体10是一种重要的靶向型制剂， 是在脂质体中同时掺入药物和磁性纳米铁而制成。在体外磁场的作用下，

16、 载药体不仅可以实现靶向给药，而且其内的磁性材料是具有较低居里温度的温敏纳米铁氧体材料。磁性纳米铁在交变磁场的作用下，不仅有靶向给药的功能， 顺磁性或者超磁性的纳米铁氧体颗粒还可产热使肿瘤温度上升到40-45，达到高热杀死肿瘤细胞的目的。通常这种热消融疗法是不需要添加药剂的，这就意味着没有毒性，这是此法最大的优点。比如来自德克萨斯州莱斯大学的韦斯特教授提出的一种热消融法11炸弹休克疗法， 就是不需要添加任何药剂的。 此种疗法的黄金微粒纳米炸弹可接受由激光器发射的红外线。黄金微粒接收到红外线时会发热，此时这些纳米炸弹就会烧灼其附近的任何癌细胞。3.3 纳米医疗机械在治疗癌症的过程中， 通常使用一

17、些纳米机械帮助探测和修复细胞，称为纳米机器人3，纳米机器人的诞生之日也将是人类步入纳米医学圣殿之时，已经开发的纳米机器人甚至可以到达体内癌症组织的基部。随着纳米科技的发展和纳米生物相容性元件，如DNA 分子自组装器件、纳米微电子元件、纳米发动机等相继研究成功， 纳米机器人的组装便指日可待。纳米机器人进入机体后可随血液流经全身，对整个机体进行全天候实时监测，并能根据监测结果进行适时的改造和维护。同时纳米机器人还将借助其灵敏的传感器件和高度智能化的计算机系统识读出人脑中所有信息，并将其转录到计算机或其他人脑之中，使人脑变成电脑，电脑变成人脑。最近科学家还发明了纳米铲子、纳米勺子，“血管机器人”可以

18、在人的血管里用这些工具进行全身健康检查，杀死癌细胞，监视体内的病变等。纳米机器人还可以用来进行人体器官修复工作，如进行基因装配工作， 即从基因中除去有害的DNA 或把正常的 DNA 安装在基因中，使机体正常运行，或使引起癌症的 DNA 突变发生逆转而延长人的寿命。4.总结与展望进入 21世纪以来，纳米技术在各个领域均有非常之大的应用，而其在医学领域的应用证明未来的医学将进入超微世界。纳米技术在医学领域的应用必将成为一门新兴的科学，使诊断，检测，临床治疗等诸方面向着微观方向发展。而癌症作为 21世纪以来威胁人类最大的疾病，它的治疗引起了很大的重视。纳米技术的发展为癌症的治疗提供了很大的契机，上述

19、中的纳米机器人可以在无害条件下监测体内病变，同时修复受损细胞，实现高度智能化， 对于癌症的治疗无疑是一个福音；还有“黄金纳米炸弹” ，利用热消融的方法将机体中的癌细胞杀死，而对正常细胞不造成影响等等， 这些技术手段必将成为今后一段时间内治疗癌症的主流手段。其实对于纳米技术的未来还有很多的预测，但是由于其未知性，谁也不敢说还会出现多少奇迹， 总而言之，纳米技术在治疗癌症方面还有很大的前景，也必将成为治疗癌症乃至整个生物医药学领域最前沿的科技手段。5.参考文献1 塔金星 .纳米科技癌症治疗新攻略J.物理工程 ,2006,16:31-33. 2 秦仁义 ,裘法祖 .纳米生物技术在实验外科的应用前景J

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