纳米技术在生物医学领域的研究现状

纳米生物医学是纳米技术与现代生物医学技术结合的产物,近年来这一领域逐渐受到科学界和企业界的重视,得到了许多振奋人心的进展,具有广泛的应用前景。作者从纳米生物材料、纳米载体、医学诊断和纳米治疗技术四个方面讨论了纳米技术在医学领域的研究现状,希望为读者展现这一新生领域的巨大潜力。     

纳米医药学基本原理

纳米技术在医药学中的应用,已逐渐成为医药学的一个新的分枝。这一新的分枝称之为纳米医药学。纳米医药学中主要应用纳米粒子的三种基本功能:靶向作用、缓控释作用和跨生物屏障作用。目前对纳米技术应用研究较多的医药学领域包括用纳米材料制备人工生物结构、重大疾病的治疗及诊断。本文就有关方面进行最简要的讨论。     

纳米材料生物效应研究进展

随着纳米技术的快速发展,纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、癌症治疗、基因治疗等领域的应用和基础研究也在飞速发展.同时,纳米材料的这些有益应用使得人体通过吸入、经口、皮肤吸收和静脉注射等不同方式受到暴露.当纳米材料与生物体系发生相互作用时,有可能产生负面生物学效应,而这些潜在的毒理效应都是未知的.综述了纳米材料在生物医学领域巨大的应用前景,关注其对心血管系统、呼吸系统及转运到其他器官可能造成的负面效应,并探讨了纳米颗粒在引起心血管疾病及肺部炎症方面的可能机理与作用途径.最后对纳米材料的安全性评估和研究重点进行了总结.     

综述与专论: 纳米酶及其细胞活性氧调控

随着纳米技术的不断进步,人们逐渐开发出能够模拟天然抗氧化酶催化活性的无机纳米材料．这些纳米材料能够模拟过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等天然酶的催化过程,从而调控细胞的氧化还原水平．本文从金属化合物、贵金属以及碳基纳米酶的角度,阐述了它们对细胞内活性氧(ROS)的调控作用以及在各种氧化应激相关疾病治疗中的应用．作为一种新型的模拟酶,纳米酶有望在生物医学领域中为疾病治疗提供一种新的策略．     

磁性纳米材料的生物医学应用进展

以四氧化三铁为代表的医用磁性纳米材料具有独特的磁学性能、表面易功能化、良好的生物学相容性等特点,在纳米医学相关领域展现出巨大的应用前景,特别是近年来它作为可介导外场的智能材料,在材料设计和生物医学应用方面均取得了突破性的进展.鉴于此,本文围绕磁性氧化铁纳米材料的生物医学应用,着重介绍近年来其在磁共振影像探针、磁热和磁力效应的生物医学应用、诊疗一体化以及纳米酶催化等领域的研究进展,并对磁性纳米材料在生物医学领域未来的发展方向进行了展望.     

健康、安全与环境纳米技术标准化研究进展

随着纳米科技的迅速发展和应用,纳米技术对人类和环境的影响引起了广泛的关注.针对纳米从业人员的职业健康、环境保护和消费者安全,需要在不断深入研究纳米毒理学的基础上,开展纳米材料生物效应检测与评价、职业暴露剂量数据采集及控制等方面的标准化工作.本文简要回顾了纳米生物技术相关标准化工作的发展历史和演变,介绍了中国及国际标准化组织在纳米生物医学技术相关方面标准制定工作的现状,并探讨了生物医学领域纳米技术标准化工作的发展趋势.     

普鲁士蓝纳米粒子在生物医学诊断和治疗中的应用及进展

随着生物医学诊断和治疗的持续深入研究,出现了多种医学诊断和治疗新方法,为人类的健康提供了更大的保证,其中纳米生物技术在生物医学诊断和治疗中的应用日益增多,基于纳米技术,开发传统材料的生物医学新应用成为了人们的研究热点。普鲁士蓝是一种历史悠久的蓝色染料,其制备过程简单、绿色、成本低,化学结构稳定,具有优良的物理、化学、光学以及磁性等性能,已经在许多领域得到了广泛的应用。近年来,普鲁士蓝开始在生物医学诊断和治疗领域中崭露头角,它已经成功的被开发为新型的核磁共振造影剂和光声成像造影剂,并且在药物输送系统和光热治疗等领域也开始占有一席之地,开发基于纳米技术的普鲁士蓝的生物医学应用已经成为极具吸引力的研究方向。本文对普鲁士蓝在生物医学诊断和治疗中的应用及进展进行综述。     

纳米生物催化的研究现状和发展态势

纳米生物催化领域包括:(ⅰ)利用纳米技术或纳米材料调控生物催化剂的效率;(ⅱ)直接利用纳米材料或技术实现生物催化功能,并拓展生物催化在非友好环境及疾病诊疗中的应用.纳米生物催化已成为纳米生物学重要的研究领域,主要涉及纳米载体固定化酶和纳米材料人工模拟酶(纳米酶).一方面,可以借助纳米技术或材料所具有的特殊纳米效应来增强生物催化剂的效率和稳定性.另一方面,从模拟酶的理念出发,借助纳米材料自身所具有的催化能力,直接实现对生化反应的催化,这类具有酶学特性的纳米酶被视为新一代人工模拟酶.近年来,基于纳米载体固定化酶和纳米酶技术的纳米生物催化已在疾病诊断和治疗、化工制药、环境处理等领域得到了广泛研究,并展示了其具有重要的应用价值.本文简要综述了纳米载体固定化酶和纳米酶的发展历程及应用进展.     

纳米材料应用于肿瘤治疗的研究进展

近年来,纳米材料和纳米技术越来越多地进入到临床应用阶段。已有很多实验证明,纳米材料具有肿瘤细胞和肿瘤组织靶向性,根据这一特性设计出的纳米级药物经临床实践证实能明显改善肿瘤治疗的效果。更值得关注的是,许多处于基础研究阶段的纳米材料也展示出重要的临床应用潜力,特别是在抑制肿瘤转移方面具有良好的应用前景。该文介绍了已经应用于肿瘤治疗或有潜力成为肿瘤治疗药物的纳米材料和纳米技术。     

纳米生物技术的医学应用及研究进展

纳米技术是指对1~100纳米范围内对物质和材料进行研究处理的技术。纳米生物技术是纳米技术中的一个重要研究领域,近些年在医学中有着非常广泛的应用前景。我国与发达国家相比在纳米生物技术方面起步较晚,但是近几年在生物医药领域的研究也先后取得了一定的研究进展。本文就我国纳米生物技术在医学上的应用进行了综述,希望对推进纳米生物技术的进一步发展起到推动作用。     

综述——新型纳米生物材料的研发：磁性纳米材料：化学合成、功能化与生物医学应用

磁性纳米材料,由于其独特的磁学性能、小尺寸效应,被广泛应用于生物医学领域．本文总结了磁性纳米材料的化学设计与合成、表面功能化方法,及其在核磁共振成像、磁控治疗、磁热疗和生物分离等生物医学领域的应用进展．     

涡旋磁纳米颗粒——崭新的生物医用磁性纳米平台

相比于超顺磁性纳米颗粒,具有涡旋磁畴的磁性纳米颗粒,由于独特的磁化闭合分布、较大的粒径尺寸及外加磁场中的磁化翻转特性,使得其兼具弱的颗粒间磁相互作用和更优异的磁学性能,在生物医学领域展现出了更好的应用优势和潜力.本综述结合近年来国内外对涡旋磁畴的研究及涡旋磁纳米颗粒在生物医学领域的报道,提出了一类新型的生物医用涡旋磁溶胶体系,并以涡旋磁氧化铁纳米盘和纳米环为例,介绍了涡旋磁纳米颗粒的化学合成,并着重论述了这类具有独特涡旋畴结构的纳米颗粒在磁共振成像、抗肿瘤治疗等生物医学应用上的最新研究进展.     

磁性纳米粒子作用于肝癌细胞的生物学效应的研究进展

磁性纳米粒子,是一类智能型的纳米材料,因其特有的性质,被广泛应用于生物医学领域,在肝癌的治疗方面也有大量的实验性研究和成果。研究和探索磁性纳米粒子治疗肝癌的新方法和途径,有着很大的现实意义。本文就磁性纳米粒子作用于肝癌细胞的生物学效应的研究现状和进展进行总结整理,从三个方面进行了综述:磁性纳米粒子直接作用于肝癌细胞,探索磁性纳米粒子的生物相容性、在肝癌细胞的分布方式以及磁性纳米粒子本身对肝癌细胞的生物学效应的影响;磁性纳米粒子协同外加磁场(稳恒磁场、极低频交变磁场和高频交变磁场)作用于肝癌细胞;磁性纳米粒子外加修饰(磁性白蛋白纳米颗粒、纳米磁流体、磁性脂质体等),作为药物载体作用于肝癌细胞。     

Fe3O4磁性纳米粒子在生物医学领域的应用

Fe_3O_4磁性纳米粒子由于其良好的磁学性能,被广泛应用到了化学、生物、物理、环境保护等各个领域。尤其是在生物医学领域中的应用越来越受到研究者的关注。由于其所具有的优秀的超顺磁性性质,Fe_3O_4磁性纳米粒子可以作为造影剂,增强核磁共振成像的对比度和成像效果;也可以结合到纳米载药系统内用于药物的靶向输送;也可以包埋到蛋白内部用于蛋白的磁性分离;也可以用于基因治疗,提高靶细胞的转染效率;由于其在近红外光的作用下具有很好的光热转换效果,使温度升高,展现出的良好热疗效果,Fe_3O_4磁性纳米粒子又可以用于癌细胞的热疗。本文针对其在该领域中作为药物的靶向传递,蛋白的磁分离,核磁共振成像,热疗,以及基因治疗的载体等方面的研究应用进行了系统性的总结,阐述了Fe_3O_4磁性纳米粒子在生物医学领域中各种应用进展和优势。     

调制磁性纳米颗粒提高磁热性能的研究

磁性纳米颗粒具有独特的磁学性质,即在外加交变磁场下因产生磁滞释放热量,使其在生物医学领域,特别是肿瘤磁热疗,获得了广泛应用.到目前为止,磁性纳米颗粒介导的磁热疗成为一种治疗癌症的有效手段,已进入临床三期实验.因此,针对磁性纳米颗粒本身,优化设计尺寸、形貌、组分和表面修饰来提高其磁热性能,进而减小临床应用中的颗粒浓度来最小化毒副作用的研究,对肿瘤治疗及生物医药研究具有十分重要的意义.本综述详述如何优化调制磁性纳米颗粒以提高其磁热性能,为高效、低毒的磁性纳米颗粒的设计提供了指导性的研究方向.     

Targeted magnetic iron oxide nanoparticles for tumor imaging and therapy

Magnetic iron oxide (IO) nanoparticles with a long blood retention time, biodegradability and low toxicity have emerged as one of the primary nanomaterials for biomedical applications in vitro and in vivo. IO nanoparticles have a large surface area and can be engineered to provide a large number of functional groups for cross-linking to tumor-targeting ligands such as monoclonal antibodies, peptides, or small molecules for diagnostic imaging or delivery of therapeutic agents. IO nanoparticles possess unique paramagnetic properties, which generate significant susceptibility effects resulting in strong T2 and T*2 contrast, as well as T1 effects at very low concentrations for magnetic resonance imaging (MRI), which is widely used for clinical oncology imaging. We review recent advances in the development of targeted IO nanoparticles for tumor imaging and therapy.     

Synthesis of Immunotargeted Magneto-plasmonic Nanoclusters

Magnetic and plasmonic properties combined in a single nanoparticle provide a synergy that is advantageous in a number of biomedical applications including contrast enhancement in novel magnetomotive imaging modalities, simultaneous capture and detection of circulating tumor cells (CTCs), and multimodal molecular imaging combined with photothermal therapy of cancer cells. These applications have stimulated significant interest in development of protocols for synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles with optical absorbance in the near-infrared (NIR) region and a strong magnetic moment. Here, we present a novel protocol for synthesis of such hybrid nanoparticles that is based on an oil-in-water microemulsion method. The unique feature of the protocol described herein is synthesis of magneto-plasmonic nanoparticles of various sizes from primary blocks which also have magneto-plasmonic characteristics. This approach yields nanoparticles with a high density of magnetic and plasmonic functionalities which are uniformly distributed throughout the nanoparticle volume. The hybrid nanoparticles can be easily functionalized by attaching antibodies through the Fc moiety leaving the Fab portion that is responsible for antigen binding available for targeting.     

Promising approaches in using magnetic nanoparticles in oncology

The development of new and effective drug delivery systems for cancer treatment represents one of the significant challenges facing biomedical technology in the last decade. Among the different methods of drug delivery, magnetic drug targeting, by enabling specific delivery of chemotherapeutic agents through the use of magnetic nanoparticles and magnetic field gradient, could be a promising approach. Recently, magnetic nanoparticles have attracted additional attention because of their potential as contrast agents for magnetic resonance imaging and heat mediators for cancer therapy. This review summarizes these approaches in the use of magnetic nanoparticles in biomedical applications and novel methods for their optimization.     

A biotechnological perspective on the application of iron oxide magnetic colloids modified with polysaccharides

Iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs) alone are suitable for a broad spectrum of applications, but the low stability and heterogeneous size distribution in aqueous medium represent major setbacks. These setbacks can however be reduced or diminished through the coating of MNPs with various polymers, especially biopolymers such as polysaccharides. Polysaccharides are biocompatible, non-toxic and renewable; in addition, they possess chemical groups that permit further functionalization of the MNPs. Multifunctional entities can be created through decoration with specific molecules e.g. proteins, peptides, drugs, antibodies, biomimetic ligands, transfection agents, cells, and other ligands. This development opens a whole range of applications for iron oxide nanoparticles. In this review the properties of magnetic structures composed of MNPs and several polysaccharides (Agarose, Alginate, Carrageenan, Chitosan, Dextran, Heparin, Gum Arabic, Pullulan and Starch) will be discussed, in view of their recent and future biomedical and biotechnological applications.