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纳米技术:白血病靶向药物的未来(一)
纳米技术:白血病靶向药物的未来?
摘要
纳米技术已经成为改善我们诊断和治疗癌症的有效方法。纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)其独特的功能,可以增强灵敏度和选择性,从而更早地检测循环中的癌症生物标记物。在体内,与常规化学疗法相比,NPs增强了抗癌药的治疗功效,并有助于克服耐药性………
引言
癌症是严重威胁人类健康和影响人类寿命的元凶之一。近10年来,恶性肿瘤发病率和死亡率节节攀升,给世界公共卫生和社会经济带来沉重负担1。传统的肿瘤药物治疗由于其对正常组织的毒副作用,在临床上使用受到一定的限制。
纳米技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,其通过对常规治疗药物纳米化,提高药效、减少用量、 降低副作用,对于恶性肿瘤的治疗有重要的推动作用。纳米技术融入到血液恶性肿瘤的诊治中则是一个全新和充满挑战的重要方向,值得深入研究。
本文以白血病为例,综述了目前纳米技术在白血病中的应用,挑战和发展趋势。
一、纳米技术
纳米技术是对纳米级材料性能的管理,纳米技术定义为尺寸从1到100 纳米(Nanometer, nm),具有新颖特性和功能的结构材料。它被应用于许多领域,包括电子,信息技术,材料开发和生物医学。 许多生物结构都在纳米尺寸之内。 当单个红细胞(Red blood cell, RBC)为2500 nm时,脱氧核糖核酸(DeoxyriboNucleic Acid, DNA)分子为2.5 nm,而蛋白质分子为1-20 nm,最大的氨基酸为1.2 nm2。
在癌症治疗领域,纳米载体被用于将药物携带到特定的靶细胞和肿瘤部位。纳米技术的优点包括靶向给药、降低剂量,降低给药频率,更好的溶解度,降低免疫原性。多种类型的纳米材料可用于制备纳米载药系统,包括脂基纳米胶囊或脂质体和天然或合成聚合物。脂质体是由两亲性脂质双层膜形成的生物相容性囊泡。聚合物可以从可生物相容的药物共轭物或胶束中获得,胶束自组装形成亲水性的外电晕和疏水性的药物包封内芯。不同纳米系统的选择取决于每种制备方法的组成、应用、优点和局限性。这些新型纳米治疗技术正在迅速发展,因为它们解决了传统药物传递系统的许多局限性,如非特异性靶向性、有限的生物分布、较差的生物利用度和低治疗指标。决定纳米材料设计和表征的因素包括尺寸和形状、半衰期、药物控制释放和纳米材料的主动靶向性。对纳米粒子形状影响的研究表明,棒状胶束在循环中的持续时间比球形胶束长10倍,而这些球形胶束与循环细胞和白血病细胞的结合更紧密。此外,结合联合治疗的概念可以使纳米制剂具有多功能性。
二、白血病
血液系统恶性肿瘤是儿童和年轻人中最常见的癌症类型,包括白血病、淋巴瘤和骨髓瘤,它们影响骨髓、淋巴系统和血细胞。造血分化的连续阶段为突变与其他破坏性事件的发生提供了多种机会,从而导致不同的肿瘤亚型和临床表现3。造血和淋巴组织肿瘤的异质性对当前的诊断和治疗提出了独特的挑战。
白血病是造血过程中起源于骨髓的一种克隆性疾病,其特征是分化不良的白细胞的增殖不受调控。该疾病的分类基于受影响的细胞类型(髓样或淋巴样)和细胞增殖程度(急性或慢性)。急性髓系白血病是成人中最常见的类型(年发病率为4.2例/10万人,年死亡率为2.8例/10万人),急性淋巴细胞白血病(ALL)在儿科患者中更为普遍(年发病率为1.7例/10000人,年死亡率为0.4‰ 4。慢性粒细胞白血病(Chronic myelogenous leukemia, CML)是一种骨髓增生性疾病,年发病率为每10万成人1.8例,占成人新诊断白血病病例的15-20%,年死亡率为每10万成人0.4例54。
淋巴瘤起源于淋巴结,在那里造血的淋巴样谱系分化为B细胞,T细胞或自然杀伤细胞。异常事件包括广泛的细胞增殖、体细胞突变和抗体类别转换,最终损害整个免疫系统,特别是适应性免疫反应6。它是西方国家最常见的血液肿瘤,年发病率为每10万人19.5例。死亡人数约为每年10万人中的5.9人,主要与异常B细胞有关,可通过免疫调节剂,单克隆抗体或激酶抑制剂解决。
三、纳米技术在白血病中的应用
癌癌症纳米医学提高了检测癌症生物标志物的风险。治疗学也可以从基于纳米技术的策略中受益,基于纳米技术的策略往往比传统化学疗法更具选择性。在用于癌症诊断和治疗的众多纳米系统中,本文将集中于纳米粒子(Nanoparticle,NP)。 NPs是由多种材料合成的,这些材料在纳米级时具有独特的电子,光学和催化特性78。 NP种类繁多:有机,无机和混合NP。由于其体积小(最适合细胞内摄取)和大的表面比(允许使用不同的生物分子进行功能化),NP已广泛用于诊断和治疗目的9。这些纳米系统为克服传统药物带来的局限性提供了新的前景。
有机纳米颗粒是癌症中最受关注的纳米载体,包括:(i)高度分支的树枝状大分子,允许运送货物,并通过受控的聚甲基化生产,最大尺寸为10 nm。 (ii)基于脂质的NP,例如脂质体和胶束,它们可能携带疏水性货物,通常具有50–100 nm的尺寸; (iii)聚合物纳米颗粒,其尺寸范围为10~400 nm,由合成的、天然的、水解的或可酶降解的聚合物制备,可将细胞毒性药物共价附着,溶解,包裹或包埋在其上1011。有机纳米粒子通常表现出良好的生物相容性,而无机纳米粒子在功能和特性方面具有优势。后者包括基于碳的NP(例如碳纳米管和石墨烯),其具有显著的强度和独特的电性能(导电,半导电或绝缘)。金属NP(例如金,银和氧化铁)和量子点(Questionnaire design system,QDs)。
在金属NP中,金和铁磁性NP的研究最多。金纳米颗粒(Gold nanoparticle, AuNP)易于合成和功能化,已被用于药物和基因的递送,热消融和放疗的增强。由于其高灵敏度,AuNP也用于诊断应用。铁磁性NP的兴趣在于其独特的磁性以及表面功能化的可能性,可用作核磁共振成像(Magnetic resonance imaging , MRI),热疗和药物递送的造影剂。 量子点具有激发范围宽、发射光谱窄和不可光漂白的特性,主要用于光学成像。量子点也被认为是概念性的体外和体内应用的治疗工具。然而,由于它们是由重金属元素合成的,因此对毒性的关注限制了其对临床的有效转化。
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