香山科学会议综述:

纳米药物是21世纪医学技术重要方向

2009年02月03日09:13  来源:中国科学报

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中科院副秘书长谭铁牛(前排左三)等会见出席第331次香山科学会议的美国NIH副院长 Michael Gottesman博士(前排右三)等美国科学家。
中科院副秘书长谭铁牛(前排左三)等会见出席第331次香山科学会议的美国NIH副院长 Michael Gottesman博士(前排右三)等美国科学家。
  以“肿瘤纳米技术与纳米药物”为主题的第331次香山科学会议,无疑是2008年度极具“分量”的一次国际科学讨论会。来自中美两国的从事纳米和医学相关研究的领军人物云集北京香山,80名与会中美两国科学家围绕肿瘤纳米技术、肿瘤纳米药物的分子机理、纳米生物技术、纳米药物的安全性以及纳米医学发展战略与政策进了学术交流和热烈讨论。

  各国纷纷抢占纳米医学与纳米生物技术制高点

  肿瘤纳米技术与纳米药物研究刚刚起步,需要利用纳米技术、生物学、化学、物理、医学、药学和公共卫生等领域的知识和研究手段。纳米药物既是国际科学前沿,也是与人类健康和生活密切相关的重要社会问题,充满了创新的机遇。

  会议执行主席之一、中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮研究员在接受记者采访时介绍说,与传统分子药物相比纳米药物的最大优点在于,纳米药物利用纳米颗粒的小尺寸效应、容易进入细胞而实现高疗效;纳米药物的比表面积大、链接或载带的功能基团或活性中心多,可以实现治疗与疗效跟踪同步化;材料的性能优越,便于生物降解或吸收;纳米具有的多孔、中空、多层等结构特性,易于药物缓释控制等。因此,在保证药效的前提下,由于药物用量减少,可以减轻药物的毒副作用,比较容易实现低毒性。

  另一方面,很多纳米药物可以制成缓释剂型,改变药物在体内的半衰期,延长药物的作用时间;也可以制成靶向药物,纳米载体将药物主要输送到人体特定的器官,减少了药物毒副作用对正常器官或组织的损害。理想的纳米药物载体应具备以下性质:毒性较低或没有毒性;具有较高的载药量;具有较高的包封率;适宜的制备及提纯方法;载体材料可生物降解,具有合适的粒径与形状;具有较长的体内循环时间等。

  各国政府为了抢占纳米医学与纳米生物技术的制高点,纷纷斥巨资推进纳米医学的研究和开发。美国2004年宣布启动“肿瘤纳米技术”,成立了“肿瘤纳米技术联合会”;同时美国国家卫生研究院(NIH)出资在美国建立了8个专门从事纳米医学研究的纳米中心。纳米药物研究也成为日本、德国、英国等发达国家的新热点。“十五”期间,我国利用 “973”和“863”计划,部署了多个纳米医学和纳米药物的研究项目。

  由于中国纳米科学技术的快速发展在世界上产生了广泛的国际影响,2008年1月,NIH院长Elias Zerhouni博士等联名致信中国科学院常务副院长白春礼院士,建议联合召开“美中纳米医学与纳米生物技术学术会议——肿瘤纳米技术与纳米药物”。为整合我国在纳米研究方面的优势,与国际尤其是美国的研究者进行交流,建立密切联系和协作合作关系,香山科学会议批准在2008年10月召开纳米药物国际学术讨论会。会议得到了中国科学院、科技部基础司和国家自然科学基金委员会等的大力支持。

  纳米技术为生物医药发展带来新机遇

  会议执行主席、全国人大常委会副委员长、北京大学医学部韩启德院士在书面致辞中说,纳米科学的快速进步,为生物医药的发展带来了新的机遇。如何通过发展和利用纳米技术去预防、检测、早期诊断和治疗人类疾病,如何确保纳米药物的安全性是摆在各国科学家面前的极富挑战的课题。美国NIH院长Elias Zerhouni博士在贺信中表示,NIH将致力于推动美中科学家间在纳米医学领域的交流与合作。

  与会专家介绍,通常的纳米技术主要集中在1~100nm尺度,但纳米药物的尺寸范围会更大一些,约在1~1000nm(即从几个原子到亚细胞)尺度上开展研究。目前纳米药物研究的主要领域集中在:一是利用纳米技术改良传统的分子药物,比如研发具有精确表面模式的纳米颗粒载体、通过药物靶向试剂来携带已有的药物,实现靶向输运、降低毒副作用、提高难溶药物的溶解度等。二是发现全新的纳米药物,如利用崭新的纳米结构或纳米特性,发现基于新型纳米颗粒的高效低毒的治疗或诊断药物。

  药物纳米载体是以纳米颗粒作为药物载体,将药物治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面,通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合,在细胞摄取作用下进入细胞内,实现安全有效的靶向药物输送和基因治疗。药物纳米载体具有高度靶向性、缓控释、提高难溶药物的溶解率和吸收率等优点,有助提高药物疗效和降低毒副作用。与会专家认为,药物纳米载体技术是纳米生物技术的重要发展方向之一,将给恶性肿瘤、糖尿病和老年性痴呆等疾病的治疗带来革命性的变化。

  NIH院长办公室政策负责人Nancy Miller博士说,随着纳米研究的深入和人们对纳米控制能力的提高,纳米技术为工程科技研究和技术变革带来了激动人心的机会。就医药科学而言,纳米技术有望在癌症、心血管病、糖尿病、脊髓损伤等的药物治疗等领域取得突破。纳米技术将对生物医学研究中产生新的变革,并将为疾病的预防、检测、早期诊断和治疗提供新的方法和药物。与会专家指出,纳米药物全新的治疗机理将有可能从观念上改变人类疾病预防和治疗的模式和途径,是取得纳米药物研究突破的关键,但是难度也更大。

  实现肿瘤细胞体内早期诊断

  天津医科大学附属肿瘤医院纳米技术肿瘤研究中心研究员张宁指出,癌症是21世纪最具挑战性的医学问题之一。尽管为攻克癌症,中外科学家进行了数十年的不懈努力,但至今绝大多数的癌症的预防、早期诊断和治疗仍不尽如人意。世界范围内癌症的死亡率居高不下,成为人类主要健康“杀手”。纳米技术为肿瘤的早期诊断和治疗提供了新的思路和方法。

  纳米技术通过对肿瘤标志物的筛选,对多种分子信号和生物标志物进行检测,可实现早期检测和早期诊断。目前,肿瘤纳米技术的研究主要集中在实验室阶段的诊断和治疗,以及体内的诊断和成像。

  在纳米检测与分子成像研究方面,研究人员在纳米生物芯片实时分析单个生物化学分子、金纳米颗粒用作体内造影剂检测特定癌细胞的标志物、纳米器件收集蛋白质、区分正常组织和癌症组织以及纳米磁共振造影剂、铁磁性纳米颗粒检测乳腺癌和前列腺癌相关的淋巴结的紊乱等方面开展了大量的研究工作,并不断有研究成果发表。如最近美国佐治亚理工学院的Ravi Bellamkonda博士带领的研究小组,偶然发现了一种决定纳米药物实际有多少进入乳腺癌的解决方案,这种方法有望用于个人的乳腺癌治疗。

  与会中美科学家认为,在纳米检测与分子成像研究方面仍有许多有待解决的科学问题:一是急需建立纳米颗粒在体内的实时、定量检测方法;二是建立新的数学模型,以实现纳米技术在肿瘤诊疗中的应用;三是发展针对癌症早期诊断的体内外生物标志物的分析技术。

  肿瘤靶向治疗新技术

  目前临床使用的抗肿瘤药物大多利用高毒性药物杀死肿瘤细胞,由于传统化疗药物靶向性不好,不能相对集中在肿瘤所在的位置,因此在杀死肿瘤细胞的同时,也损害了正常细胞,导致严重的副作用。因此,肿瘤治疗中迫切需要提高肿瘤治疗的靶向选择性,同时避免或克服生物、生理屏障。

  研究人员发现,许多基于纳米颗粒的抗癌治疗或成像试剂特点之一,就是由于它们有足够小的纳米尺寸,从而能够从高通透性的肿瘤血管中渗出,进入肿瘤组织,集中在肿瘤周围。纳米技术通过开发具有靶向性的多种功能的药物传输体系,有助于实现肿瘤的靶向治疗,并将毒副作用降低到较低的水平。

  美国NIH副院长Michael Gottesman博士介绍说,一些肿瘤的治疗失败或疗效不佳,可能与癌细胞的抗药性有关。纳米科技的发展有望产生新的医学方法来解决癌症治疗中的抗药性问题。目前,人们已经发现人类有48种ABC转运子,许多转运子能够将细胞毒性药物转运出胞外。现在,有3种纳米技术策略来解决由转运子所导致的抗药性问题。一是筛选新的药物避开这些转运子,以确保药物在细胞内的高浓度;二是使用抑制剂,通过抑制转运子使药物能够在细胞中积聚;三是通过“杀死”使用转运子。

  赵宇亮等研究发现,一些纳米颗粒经过表面修饰会产生很高的抑制肿瘤生长的效果,但没有可检测到的细胞毒性和体内毒性,其效果已经在肝癌、乳腺癌和胰腺癌动物模型上得到证实。肿瘤专家认为,从临床治疗的角度实现肿瘤的低毒性治疗具有划时代的意义。天津医科大学附属肿瘤医院正在与中国科学院高能研究所合作,以期这一研究成果能早日造福人类健康。

  与会学者认为,如何提高肿瘤靶向治疗效果,人造纳米颗粒如何克服生物体的生理屏障,以及制定纳米药物技术的标准规则等都是发展纳米药物过程中必须考虑的问题。同时,药物载体的纳米颗粒如果长期在体内蓄积,也可能存在一定的副作用;病人对纳米药物也存在一定的个体差异,这些都需要做大量的研究工作。Miller博士表示,在发展纳米科技和纳米药物上,有可能引发一系列的科技伦理、科技法律和社会伦理等方面的问题。在美国管理部门所制定的政策中,包含了平衡纳米产品的制造进程,以及可能引发的伦理、安全性影响等内容。(潘锋 梅进 实习记者 吴媛)

(责编:李保金(实习))
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