纳米生物材料与肿瘤治疗 XXXXXXXXXX 1 目录 纳米生物材料发展进展 高发疾病的分布 肿瘤的治疗 纳米技术治疗肿瘤的进展 4 1 2 3 2 纳米生物材料发展进展 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围 1 100nm 或由它们作为基本单元构成的材料 这大约相当于10 100个原子紧密排列在一起的尺度纳米技术的核心是利用纳米材料的特殊性能 来实现目前普通材料所不达到的功能和用途 3 纳米材料的分类 4 纳米材料的特殊性能 5 诺贝尔物理学奖获得者Feynman预言 如果我们能对细微尺寸的物体加以控制的话 将极大的扩充我们所获得的物性的范围 几十年纳米科技的发展历程 以其不争的事实一次又一次证明了纳米材料作为材料科学的 领军 之一 推动了材料科学的飞速发展 掀起了一轮高过一轮的研究热潮 被誉为 21世纪最有前途的材料 纳米材料的应用 6 在催化方面的应用纳米粒于作催化剂 可大大提高反应效率 控制反应速度 甚至使原来不能进行的反应也能进行 纳米微粒作催化剂很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革 在生物医学中的应用正在研制的生物芯片具有集成 并行和快速检测的优点 已成为纳米生物工程的前沿科技 将直接应用于临床诊断 药物开发和人类遗传诊断 精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领域 产品数量繁多 用途广泛 并且影响到人类生活的方方面面 在橡胶 塑料 涂料等精细化工领域 纳米材料都能发挥重要作用 纳米材料的应用 7 在国防科技种中的应用纳米探测系 新型纳米材料武器 由纳米微机械系统制造的小型机器人 纳米卫星 纳米材料隐身等技术的应用备受关注 纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响其他领域纳米材料还在诸如海水净化 航空航天 环境能源 微电子学等其他领域也有着逐渐广泛的应用 纳米材料在这些领域都在逐渐发挥着光和热 8 纳米生物医学 纳米生物医学是纳米科技与医学专业的交叉 一方面探索纳米尺度的生命现象及其发生机制 建立新的理论 另一方面探索纳米材料或纳米装置对人体细胞 健康 环境等的影响 从分子水平 细胞水平 器官和整体水平 以及群体与环境水平研究纳米材料的物理 化学特性与生物效应 9 细胞分离方面 细胞内部染色方面 生物标记方面 组织工程方面 纳米药物载体及药物释放方面 医用抗菌材料方面 纳米材料在生物医学领域的应用 10 纳米材料在生物医学领域的应用 在细胞分离方面的应用纳米复合材料的理化性能一般都很稳定 能够在生理条件下稳定存在 因此被广泛应用在医学诊断上 用于细胞分离如单细胞分离 基因扩增与免疫分析 基因突变分析等在生物标记方面的应用现今常用的非同位素标记检测方法有酶联免疫法 ELISA 化学发光法 电化学方法以及荧光标记法等 其中 荧光标记法是一种十分有效的检测方法 在细胞内部染色方面的应用利用复合物纳米粒子分别与细胞和组织内各种抗原结合而形成的复合物 在白光或单色光照射下呈红色 从而给各种组合 贴上 了不同的标签 对于提高细胞内组织的分辨率 提供了一种急需的染色技术 11 在组织工程方面的应用通过模拟天然的细胞外基质 胶原的基本结构而制成的富含纳米纤维的生物可降解纳米材料 在组织工程支架材料方面具有十分重大的意义在纳米药物载体及药物控释方面的研究纳米粒子由于其纳米级别的尺寸 往往可以在组织间隙自由穿透 因此 通过利用纳米粒子独特的理化性质 可以实现靶向 缓释等治疗手段 实现高效 低毒的治疗效果 在医用抗菌材料方面的应用纳米抗菌材料是将无机抗菌剂采用高科技的纳米技术处理 使其具有更广泛 卓越的抗菌杀菌功能 纳米材料在生物医学领域的应用 12 与传统生物医学材料相比具有的优点 纳米材料拥有可以顺利穿过组织间隙 进入细胞 以及通过毛细血管 甚至穿透血脑屏障的能力 纳米材料的尺寸大小和人体内生物分子相匹配 因而在体内环境中运输顺畅 使得纳米材料能够与体内细胞 组织中的分子和蛋白质发生广泛的相互作用 进而产生多种特殊的生物学效应 纳米材料通过各种表面修饰 元素组装以及尺寸大小调控等手段 可有效改善材料的物理化学性质 从而实现所需生物学效应 13 21世纪困扰人类的高发疾病 糖尿病糖尿病是一种严重危害人类健康的疾病 据资料统计 世界上糖尿病的发病率为3 5 50岁以上的人均发病率为10 在我国 随着经济的发展和人们饮食结构的改变以及人口的老龄化 糖尿病患者的数量迅速增加 心脑血管疾病据世界卫生组织 WHO 统计 全世界每年约有1200万人死于心脑血管疾病 占死亡总人数的1 3 我国每年心血管疾病死亡者占因病死亡总人数的40 7 其比例远高于人类大敌癌症 居各类死因之首 2009年11月12日 心脏病癌症目前 癌症已经成为威胁我国居民生命健康的主要杀手 我国每年新发癌症病例200万人 因癌症死亡人数为140万 我国居民每死亡5人中 即有1人死于癌症 在全国不少大城市 恶性肿瘤已经超越心脑血管疾病 成为第一死亡原因 14 中国癌症分布图 谈瘤色变 15 触目惊心的分布 触目惊心的分布 16 恶性肿瘤死亡率 17 高发癌症介绍 18 中国癌症发病和死亡预测 19 癌症给全世界带来巨大损失 近几年来癌症的发病率越来越高 无论是普通市民还是社会名人很都死于癌症 著名中央主持人罗京死于淋巴癌 香港女儿 梅艳芳死于乳腺癌 20 好人傅彪 死于肝癌 苹果前总裁乔布斯死于胰腺癌 21 表演艺术家赵丽蓉死于肺癌 林黛玉 演员陈晓旭死于乳腺癌 台湾歌手阿桑死于乳腺癌 22 肿瘤 肿瘤是机体在各种致癌因素作用下 局部组织的某个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控 导致其克隆性异常增生而形成的新生物 肿瘤细胞 23 肿瘤细胞的显著特征 肿瘤细胞有三个显著的基本特征即 不死性迁移性失去接触抑制 几种常见的癌细胞 24 肿瘤的治疗 肿瘤的治疗分为传统的手术 放射治疗 化疗和生物治疗 25 外科治疗 Surgery 外科治疗 Surgery 通过手术的方法将肿瘤病灶清除达到治疗目的 是肿瘤治疗中最古老的方法之一 手术切除肿瘤对大部分尚未扩散的肿瘤常可通过手术治愈 同时手术可以了解肿瘤的正确部位 得到正确的分期 从而指导进一步的治疗 对于大多数早中期的恶性肿瘤患者来说手术是首选的治疗方法 给许多肿瘤患者带来长期生存的希望 26 手术切除是确诊肿瘤患者首先考虑的治疗方法 它的优势 是局部快速切除肿瘤组织 见效快 以下缺点 容易对患者造成新的创伤 容易遗漏微小病灶或转移病灶 部分正常组织切除可能留下后遗症 无法防止癌细胞的远处转移及消灭循环血中的癌细胞 当肿瘤浸润范围太大或侵犯重要脏器和大血管时往往不能手术 或实施手术也不能治愈 所以并不是所有的恶性肿瘤都适合手术治疗 27 放射治疗 Radiotherapy RT 通过高能电磁辐射线来杀死肿瘤细胞 达到治疗肿瘤的目的 简称放疗 据统计大约60 70 的恶性肿瘤患者在病程不同时期 因不同的目的需要接受放射治疗 28 放疗既能杀灭肿瘤细胞 同时又不可避免地造或正常组织的损伤 因此在肿瘤的放疗中 认识和掌握放射线对正常组织的损伤作用是非常重要的通常在肿瘤放疗中给予的照射剂量不高于肿瘤周围的正常组织所能够耐受的最大剂量 而不是完全杀灭肿瘤所需的剂量 即在控制肿瘤和正常组织损伤之间寻找平衡点 另外 由于不同的肿瘤细胞对放射线敏感程度不同 而且肿瘤对放射敏感性的高低与肿瘤细胞的分裂速度 生长快慢成正比 所以放疗并不是在任何时候都适用 29 化学治疗 Chemotherapy 化疗 用化学药物治疗恶性肿瘤 多种化学药物作用于细胞生长繁殖的不同周期 抑制或杀灭肿瘤细胞 达到治疗目的 30 对于中晚期的患者 由于肿瘤细胞的广泛转移 给手术和放疗造成了困难 因此药物治疗就成为主要的手段 然而化疗为所采用的药物都是有害的 甚至有毒性的 对正常细胞和组织也有伤害 它的优势是全身减轻肿瘤负荷 见效快 缺点是副作用大 出现脱发 呕吐等 造成免疫系统损伤 31 肿瘤的治疗 传统治疗模式基本着眼于直接杀伤肿瘤细胞 常难以彻底消灭肿瘤细胞 又易损伤正常组织 特别是伤害在抗肿瘤机制中占重要地位的机体免疫系统 生物治疗是肿瘤治疗的第四种模式 主要通过肿瘤宿主防御机制或生物制剂的作用 以调节机体自身的生物学反应 从而抑制或消除肿瘤 32 生物治疗 近年来风靡全球的分子靶向治疗更是生物治疗的成功范例造血干细胞移植是生物治疗的另一个亮点 生物治疗的特点 能有效清除微小病灶和残余肿瘤细胞 增强机体免疫功能 增强放 化疗的敏感性 无明显毒副作用 生物治疗也有以下局限 在大多数情况下 生物治疗只对1cm以下的肿瘤有一定效果 所以宜在肿瘤负荷较小的情况下使用 生物治疗的适用范围比较小 生物治疗通常只针对特定的几种或某一种肿瘤 生物治疗价格昂贵且副反应较大 33 生物治疗的发展前景 生物治疗应用于临床的时间较短 其在治疗恶性肿瘤中的地位还比不上手术 放疗和化疗等方法 仍处于辅助治疗或配角地位 但是随着现代生物技术的发展 生物治疗在临床运用逐渐增多 并取得令人满意的结果 其地位日趋重要 34 现在肿瘤治疗过程一般采用两种或两种以上的治疗手段联合 强调有计划的综合治疗 根据病种病期制定科学的综合治疗计划 力争达到最好的治疗效果 个体化治疗是肿瘤治疗的终极发展目标 35 肿瘤的治疗一般分为两个阶段 第一阶段是减瘤 肿瘤体通过传统的治疗手段 如手术 放疗或化疗最大程度地消除肿瘤细胞第二阶段是维持 采用某种方法使肿瘤不再复发这两个阶段都很重要 在第一阶段传统的治疗手段发挥主要作用 但在第二阶段的治疗中往往效果不好 而生物治疗则非常适合第二阶段的治疗 36 传统肿瘤治疗方法的不足 手术切除目前只是在早期的实体瘤方面有一定的治疗效果 但是对于处于中晚期的恶性实体肿瘤和白血病等非实体瘤来说均无法发挥作用放疗与化疗虽然对恶性肿瘤具有一定的治疗效果 但是这两种治疗方法均具有较大的毒副作用 不可能进行无限期的使用 放疗在产生身体虚弱疲劳 皮肤敏感 脱发 厌食等副作用的同时 也会使体内残存一些肿瘤细胞 这些肿瘤细胞在体内行癌变增殖 导致患者预后效果不理想 化疗很容易使肿瘤细胞产生耐药性 对癌症患者的化疗效果产生一定的影响 37 纳米技术用于肿瘤治疗 根据美国国立癌症研究院 NCI 调查表明 纳米技术已经在癌症的预防 诊断 影像和治疗等领域展现出巨大的贡献纳米颗粒的尺寸比癌细胞尺寸小100倍 甚至1000倍 因此他们很容易通过细胞屏障 38 肿瘤治疗面临的难题 虽然许多国家在过去的几十年里在抗癌研究领域都投入了巨额的研究经费 但是收效甚微 导致这一现象的重要原因之一是目前仍然严重缺乏针对肿瘤预警与早期诊断 转移监测及疗效预测的方法 癌症早期发现和早期诊断直接决定着其临床治疗的效果以及患者的预后 恶性肿瘤的预警与早期诊断 是恶性肿瘤临床诊疗所面临的最迫切需要解决的难题 39 肿瘤临床在体诊断的发展趋势在现有成像基础上发展的多种成像模式联合使用是今后肿瘤临床在体诊断的发展的主要趋势 40 恶性肿瘤临床诊断 医学影像学方法 41 生物学检测方法 生物学检测方法有免疫学检测技术 免疫组化 聚合酶链式反应技术 基因芯片 蛋白芯片等 42 医学影像学方法 医学影像学方法主要包括 核磁共振成像技术 射线计算机断层成像技术 核医学成像技术 超声成像技术等 43 影像应用解剖学的产生与发展经历了X线解剖学 X rayAnatomy 和断层影像解剖学 SectionalImagingAnatomy 两个阶段并正向功能影像解剖学方向发展 1895年德国科学家伦琴 Roentgen 发现了X射线并成功获得了其夫人手骨的照片 44 几种常见影像手段的性能和特征 45 46 分子影像学 传统的影像学技术是物理 生理特性作为成像对比的依据来发现疾病 对疾病进行定性 分子影像学 MolecularImaging MI 是现代分子生物学的技术与先进医学影像技术相结合的产物 是一门新兴的边缘学科 其一 可将基因表达 生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像 使可分子细胞水平上了解疾病的发生机制及