纳米新药开发与应用田卫群武汉大学基础医学院生物医学工程系内容提要纳米药物的定义与分类纳米药物的优势纳米技术在药物传递控制释放方面的优势研究案例1-抗肿瘤药物载药纳米微球的制备与表征应用实例研究案例2-量子点及其应用Introduction现代医学无法攻克的疑难 杂症有癌症、心脏病、艾 滋病、糖尿病、老年痴呆 症与中风等。未来希望可 运用纳米科技包括纳米机 器人、纳米药物、生物芯 片、纳米显微镜等应用于 医学，可帮助人类成功克 服上述疾病，延长人类寿 命。主编 徐辉碧 纳米药物的定义纳米药物是指以纳米级高分子纳米粒( nano-particles， NP)、纳米球 ( nano-spheres， NS)、纳米囊( nano- capsules，NC)等为载体，与药物以一定方式结合在一 起后制成的药物，其粒径可能超过100nm，但通常应小 于500nm。纳米药物也可以是直接将原料药物加工制成 的纳米粒。纳米粒在药剂学中的分类药剂学中将纳米粒分成纳米载体与纳米药物，其尺寸界定 于11000 nm之间。纳米载体系指溶解或分散有药物的各种纳米粒，而纳米药 物则是指直接将原料药物加工成纳米粒。理想的纳米粒子应具有：(1)具有较高的载药量30%。具有较高的包封率80%。(2)制备与方法简便，容易中试放大，工业化生产。(3)载体材料可生物降解，无毒性。(4)具有适当粒径与粒形。(5)具有较长的体内循环控释时间。纳米药物的优势可进入毛细血管，在血液循环系统自由流动。经特殊加工后可制成靶向定位系统。可改善疗效及降低副作用，减少患者服药次数。可消除特殊生物屏障对药物作用的限制。纳米粒可将药物送到特定的目标，包括一般药物不容 易抵达之处。Targeted Drug DeliveryAdvantages of NanotechnologyNanotechnology is better suited for drug targeting of individual tissues. Cells and cellular receptors and hence, more suitable for gene and vaccine delivery. It may also be helpful in designing nanoporous membranes for controlled-delivery drug devices.Advantages of NanotechnologyNanoscale powders of antiasthma and analgesic drugs are quickly absorbed in the human body in comparison to the traditional drug delivery systems.Nanotechnology is particularly useful in case of drugs with narrow therapeutic indices. 研究案例 1抗肿瘤药物ImHRuCl4-(DMSO)(Im)（NAMI-A）聚乳酸羟基乙酸（PLGA）载药纳米微球制备与表征选题背景恶性肿瘤具有极高的致死率，目前治疗癌症的主要方法 为手术、放疗和化疗，而化疗在肿瘤的治疗中显得日益 重要。临床使用的抗肿瘤药物多为核苷类，有较强的毒副作用 ，且长期使用容易使肿瘤细胞产生抗药性。故非核苷类 抗肿瘤药物成为目前及今后的研究重点。 许多金属元素在生命体系中起着关键作用，使用金属离子 及其配合物作为抗肿瘤药物研究的一个重要方向。1969年发现顺铂具有抗肿瘤活性，对多种癌症都具有显著 的药效。但大剂量的使用顺铂具有较大的毒副作用。研究目的和意义近年来，非铂类金属抗肿瘤药物的研究得到了很大的发 展。国际上普遍认为，钌配合物将成为最有前途的抗肿 瘤药物之一。钌的配合物具有高选择性、低毒副性的特点，且容易吸 收并在体内很快排泄。研究目的和意义钌的系列配合物中，NAMI-A最受关注。NAMI-A对肿瘤细胞的选择性来源于咪唑配体，穿透性来自于DMSO。图1 NAMI-A结构简图研究目的和意义NAMI-A极易水解，难以在一定的湿度和温度下长 期保存。载药纳米微球不易水解，在一定的环境下可以长 期保存。研究目的和意义纳米药物是医药研究领域的新热点。载药纳米微球具有颗粒度小、比表面大、低毒、高效 、缓释、长效等特性。释放后的高分子载体无毒、不会长期积累在体内、副 作用小。研究内容合成具有抗肿瘤活性的药物NAMI-A，并对其 进行初步表征分析。通过双乳化法，以聚合物PLGA为载体，胆酸 钠为乳化剂，将合成的NAMI-A药物制备成纳 米微球。表征分析部分结果一、紫外光谱图图2 NAMI-A紫外光谱图 图3 纳米微球紫外光谱图二、红外光谱图4 NAMI-A药物的红外光谱图吸收峰：3346、3136 、1579、1414 、1312 、1064和771 cm-1 二、红外光谱图5 NAMI-A纳米微球红外光谱图药物吸收峰：3424，1580，1398 ，1298 ，1088 和 669 cm-1 PLGA吸收峰：3326，2400，1750 ，1100 cm-1 三、粒度分析高速机械搅拌图6 纳米微球粒度分析图平均粒径：155.9 m 三、粒度分析超声乳化1 min图7 纳米微球粒度分析图平均粒径：23.8 m 表征部分 三、粒度分析超声乳化5 min 图6 NAMI-A纳米微球粒度分析图平均粒径：133nm应用实例：医用纳米材料l细微而分散的药物， 可加速药效释放并降 低剂量。分散度高并 有良好弹性的生物相 容性材料在开发制备 新型人工关节替代物 方面具有奇特优势， 这些通常是混入纳米 颗粒的陶瓷材料。 纳米晶胶原基骨材料u 纳米骨材料 把它植入体内填充各类型的骨缺损，其网状结构可生长出 很多新生的骨细胞，所有填充的纳米骨材料，最后会降解消失 我国第一项纳米医药产品 骨缺损部能完全 被新生骨取代。l纳米颗粒分散及涂覆主要应用于化妆品 及药品。液状分散的配方被广泛用于局 部涂覆于人体的表皮，因为它们比传统 的涂覆吸收速度快而且完全。应用实例：药剂方面的应用美容美发护理剂疾病检测指示剂抗菌剂纳米矿物中药纳米导向剂美容美发护理剂纳米氧化锌粉末无毒、无味、对皮肤无刺激性；分解、不变质、热稳定性好；为白色，可以简单地着色；疾病检测指示剂纳米粒子微细结构使其对环境中的化学或物指针的变 化极为敏感，因此可对人体内的病原体作出早预测。抗菌剂纳米氧化锌粉末在阳光下，尤其在紫外线的照射下， 在水和空气中能自行分解出自由移动的带负电的电子 （e-）,同时留下带正电的空穴（h+）。纳米矿物中药研究表明，矿物中药制成纳米粉末后，药效大幅度提 高，并具有高吸收率、剂量小的特点。利用纳米粉末的强渗透性将矿物中药制成贴剂或含服 剂，避开胃肠吸收时体液环境与药物反应引起不良反 应或造成吸收不稳定。纳米导向剂将以纳米磁性颗粒为载体的药物注入人体后，药物在 外磁场的作用下会聚集于体内的局部，从而可在对人 体的整体副作用很小的情况下对病理位置进行高浓度 的药物治疗。应用实例：医疗系统的应用利用纳米材料制造微型的机器人或纳米级的半导体材 料。纳米机器人DNA感应器纳米彩虹标签纳米机器人“纳米蜘蛛”机器人的大小仅有4纳米，比人类头发 直径的十万分之一还小。该机器人的发明是对几年前 “蜘蛛分子”机器人的改进与升级，其功能更加强大 。科学家们已经研发出这种机器人的生产线，希望未来 能大量生产，并期望此机器人利用于医疗事业，以帮 助人类识别并杀死癌细胞以达到治疗癌症的目的。纳米机器人消灭癌细胞虚拟图研究案例 2 量子点纳米彩虹标签纳米量子点是一种崭新的材料。具有荧光标定特性，目前广泛地应用于各种临床前生 医检测、细胞行为的长期追踪与观察、以及肿瘤标定 的研究上。目前量子点的用途相当广泛，在生医工程上可制成各 种荧光标签，应用于生物检测的“基因条形码”或“蛋 白质条形码”。何谓量子点？量子点（quantum dots, QDs）是纳米级半导体材料 ；它的电子排列相当紧密，由于量子限量化效应可以激 发出不同颜色的荧光；例如硒化镉（CdSe）粒径在2.1 nm 时发出蓝色荧光 ，粒径5 nm时发出绿色荧光，当粒径接近10nm 时， 它所激发的荧光就接近红色。(A)在样本瓶中，量子点的颜色有如彩色染剂。(b)在石英瓶中，量子点有荧光色彩特性(c)在细胞培养皿中，各式量子点被林 纸质包覆后的荧光表现。量子点与功能性分子结合许多研究团队把亲水性修饰后的量子点与特定的DNA 、抗体、多肽 、蛋白质或生物分子结合，发展出许 多新式的疾病检测技术。常见的结合方式有：1. （1）双功能键连接法；2. （2）硅烷化连接法；3. （3）疏水性吸引力连结法；4. （4）静电吸引力连接法；5. （5）纳米珠子包覆法等。照亮癌细胞使用6 种不同粒径的量子点搭配10 种不同的发射光 强度，发展出光学卷标，预计可用来编译各种核酸或 蛋白质的序列。量子点也可做为体内分子在磁共振造影及正电子放射 断层造影时的对比标志，或用于癌症的诊断和药物治 疗效果的评估上。例如：把抗癌药物与纳米量子点结合后送入细胞，由 观察细胞内有无量子点荧光得知抗癌药物能否进入细 胞，进而观测抗癌药物对细胞的毒杀状况。量子点送入纤维母细胞的10X显微镜影像， 其中绿色荧光是量子点荧光表现，不规则灰 色结构是细胞。量子点与HER-2（human epidermal growth factor receptor-2）蛋白质的结合物显微镜暗视 野图，其中绿色点状物是量子点荧光表像。科学家们还发现癌细胞特别喜欢吃纳米颗粒，这有助于跟踪 癌细胞在人体内的活动 Conclution纳米量子点是倍受注目的新领域，研究方向以检测疾 病、肿瘤、基因为主。随着后基因组时代的来临，利 用量子点的发荧光特性和基因药物对疾病的专一性， 基因药物与量子点结合产物“多功能靶向性基因药物” 的研发，未来将在新药的开发或疾病的治疗上开创出 全新的局面。Thank you!Thank you!E-mail: E-mail: tian_weiqunwhu.edu.cntian_weiqunwhu.edu.cnPublic email: ysyy_hsina.com