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纳米生物工程:纳米技术的重要领域
纳米生物工程包括纳米医学、纳米生物技术和纳米生物材料等.1纳米医学由于人体是由分子构成的,所有的疾病包括衰老本身也可归因于人体内分子的变化.当人体的分子机器,如合成蛋白质的核糖体,DNA复制所需的酶等,出现故障或工作失常时,就会导致细胞死亡或异常.
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未来的纳米医学
论述了纳米技术与纳米医学的概念,介绍了创建纳米医学的设想,建立纳米医学的基础及我国有关工作的进展.
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海产品中霍乱弧菌免疫磁分离和实时荧光PCR快速检测方法的建立
目的 采用纳米免疫磁珠(Nano-IMS)分离霍乱弧菌,建立霍乱弧菌实时荧光PCR(Real-time PCR)检测方法.方法 采用霍乱弧菌单克隆抗体,制备霍乱弧菌纳米免疫磁珠(Nano-IMB-Vc),特异性吸附霍乱弧菌,结合Real-time PCR技术,建立霍乱弧菌快速检测方法.选用15株典型菌株,对Nano-IMB-Vc捕获特异性进行验证;选取102株霍乱弧菌和101株非目标菌,对所建立的Real-time PCR方法进行特异性验证;采用纯菌的灵敏度检测和基质添加实验对所建立方法的灵敏度进行检测,并与食品中霍乱弧菌的检测方法(NMKL No.156)进行比较.结果 Nano-IMB-Vc在菌体浓度为103 CFU/ml水平,对霍乱弧菌的捕获率高可达70.2％.Nano-IMB-Vc分离结合Real-time PCR技术,在纯培养、无需增菌情况下,检测灵敏度达到5.4×102 CFU/ml;通过102株霍乱弧菌和101株非目标菌的测试,102株霍乱弧菌检测结果均为阳性,其余101株非目标菌检测结果均为阴性,无交叉反应.采用Nano-IMB-Vc分离结合Real-time PCR技术,在食品基质添加试验中,每25 g样品中添加1CFU霍乱弧菌,增菌8h即可检出.结论 Nano-IMB-Vc分离结合Real-time PCR技术,具有良好的特异性,较高的检测灵敏度,适用于霍乱弧菌的快速筛选.
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纳米技术-DNA操作
PCR的发现为生物学的研究开辟了一个崭新的领域,在分子生物学及其相关的领域取得了巨大进步.分子的生物学技术已成功应用于生物学、生物科技、医学、诊断学等,利用PCR扩增技术设计新的实验方法和分析扩增的DNA片段,根据DNA分子的性质、结构和潜在性的可计算方法,研究模拟活生物,构造人工纳米装置,如生物分子感应器和人造细胞.
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载血卟啉单甲醚高分子纳米粒用于光声显像引导下声动力治疗:实验研究
目的 制备一种载血卟啉单甲醚(HMME)的多功能分子探针,评估其体外光声成像及声动力治疗(SDT)效果.方法 采用双乳化法制备载HMME的聚乳酸-乙醇酸(PLGA)纳米粒(HMME@PLGA),观察纳米粒的基本表征和体外增强光声显像情况,通过流式细胞仪检测人乳腺癌MDA-MB-231细胞与HMME@PLGA共孵育后在超声辐照下产生活性氧的能力,并在细胞水平验证其SDT效果.结果 所制备的HMME@PLGA纳米粒大小均一,形态规则,平均粒径为(333.67±17.50)nm,表面电位为(-10.57±1.98)mV,包封率为75.62％,载药量为2.90％,浓度为1 mg/ml的纳米粒与人乳腺癌MDA-MB-231细胞共孵育24 h的细胞存活率为87.21％.随浓度增加,纳米粒光声信号逐渐增强.经超声辐照,HMME@PLGA纳米粒能使人乳腺癌MDA-MB-231细胞产生大量活性氧,并产生明显细胞毒性作用,使细胞大量死亡,Calcein-AM/PI染色呈红色荧光;通过吖啶橙染色观测到细胞溶酶体结构消失.结论 本研究成功制备了包裹HMME的高分子纳米粒,可实现体外光声成像引导下的SDT.
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人骨髓间充质干细胞靶向纳米基因载体制备及体外细胞磁共振成像
目的 探讨靶向纳米基因载体单链神经节苷脂抗体-聚乙二醇-聚乙烯亚胺-超顺磁性氧化铁(scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION)转染人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)的可行性、效率及体外细胞MR显像能力.方法 合成scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION后,采用凝胶阻滞实验评估其复合外源性基因的能力;动态光散射法测量scAbGD2-PEG-g-PEI-SPI-ON/pDNA纳米复合物的粒径大小及表面电位;体外细胞毒性实验检测其对hBMSCs的细胞毒性.采用流式细胞仪检测scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION靶向转染hBMSCs的效率,并设置PEG-g-PEI-SPION组、cAbGD2-PEG-g-PEI-SPION组、抗体竞争抑制(scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION+ free AbGD2)组和同型抗体(scAbIgG2 a-PEG-g-PEI-SPION)组,通过激光共聚焦显微镜及普鲁士蓝染色观察hBMSCs对纳米复合物的摄入.通过体外细胞MR扫描验证scAbGD2-PEG-g PEI-SPI-ON的MR成像功能.结果 scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION细胞毒性小,复合外源性基因后能够形成稳定的纳米复合物,粒径80～100 nm.在相同的N/P比值下,scAbGD2-PEG-g-PEI-SPION组的转染率明显高于其他组(P＜0.001).N/P=20时,靶向组具有高转染率[(59.60±4.50)％].同时,scAbGD2-PEG-g PEI-SPION中的SPION可有效标记hBM-SCs,在MR T2/T2*加权图像上呈低信号.结论 scAbGD2-PEG-g-PEI SPION是一种MRI可视的、可有效转染hBM-SCs的靶向纳米基因载体.
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纳米技术在检验医学中的应用与研究进展
纳米又称为毫微米,是一种长度计量单位,1纳米等于十亿分之一米(1 nm=10-9m).纳米技术(Nanotechnology)是在0.1～100.0 nm空间尺度内操纵原子和分子,对材料进行加工制造后,产出具有特定功能的产品,或对某物质进行研究,掌握其原子和分子的运动规律和特性的一门崭新的综合性科学技术.科学家们发现,物质在加工到100 nm以下时,往往会产生许多既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观世界的神奇变化,即产生表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,以及由这些效应引起的与传统材料所不同的奇异或反常的物理、化学特性.纳米技术涉及面十分广泛,已辐射多个学科.纳米技术在生物医学领域也得到了广泛的发展,虽然它还处于发展初期,但纳米医学作为一门新学科的时代已经到来.纳米技术已经对生物医学检测系统产生影响,其中不同形状、不同大小和不同成分的纳米微粒对生物医学检测水平也将产生根本的变化.而纳米微粒和生物分子轭合物的制备方法在不断更新,生物连接制备的纳米粒子也在逐渐商品化,亦将对检验医学同样产生深远影响.
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纳米金粒子在生物医学领域的研究进展
纳米医学的出现将传统生物医学带入到崭新的微观领域。伴随着“后基因组”时代的到来以及“个体化医疗”的兴起，纳米医学对医学领域带来了里程碑式的革命并日益发挥出重要作用。在生物医学领域，获取更多的细胞或者分子的功能及病理改变的信息日益成为热门的研究领域。纳米金藉其自身的优点在生物医学的发展中展示出日益广阔的前景。本文就纳米金的特性、制备技术及在生物医学中的应用进展进行简要综述。
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纳米载体介导的胎盘生长因子对大鼠急性心肌梗死后心脏功能的作用
目的 探讨纳米载体缓释的胎盘生长因子(PGF)改善大鼠心肌梗死后心脏功能的作用及机制.方法 制备PGF纳米粒(PGF-PLGANPs),理化分析后行动物研究.40只大鼠急性心肌梗死(AMI)模型分为4组,每组10只,包括阴性对照组(未做手术处理),心肌梗死对照组(梗死区注射生理盐水30μl),PGF注射组(梗死区注射PGF溶液30μl,含2μg PGF),PGF-PLGANPs注射组(梗死区注射PGF-PLGANPs溶液30μl,含2μg PGF).术后4周行超声心动评估大鼠心功能,6周后处死,Masson法评价心脏瘢痕面积;免疫组化、蛋白免疫印迹检测心肌梗死组织中目的蛋白TIMP-2、MMP-2、MT1-MMP的表达水平.结果 成功制备了PGF-PLGANPs.术后4周超声心动结果显示,相较于阴性对照组,另外3组手术大鼠表现为不同程度心肌回声增强,左心室前壁变薄,收缩减弱等表现.PGF-PLGANPs注射组大鼠的左心室射血分数值、左心室短轴缩短率均显著高于PGF注射组和心肌梗死对照组,差异有统计学意义(P＜0.05).Masson染色结果显示,PGF干预可缩小AMI后心肌梗死面积,缓释递药的PGF-PL-GANPs注射组可获得更为显著的瘢痕面积改善(P＜0.05).结论 PGF干预AMI可显著改善大鼠心脏功能,纳米递药途径可获得更为良好的治疗效果.
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肝素/二羟基铁纳米修饰对异种血管生物相容性的影响
目的 探讨肝素/二羟基铁多层复合物( HDcms)表面纳米修饰对去细胞异种血管生物相容性的影响.方法 采用层层自组装技术将二羟基铁和肝素交替固定在去细胞牛颈静脉(DC-BJV)表面,构建一种新型的抗凝表面,并检测其表面微结构和生物相容性.结果 甲苯胺蓝比色法显示,每组装一次约有(808±86) μg/cm2肝素固定在DC-BJV表面.扫描电镜(SEM)和洗脱试验显示HDcms均匀稳定的包裹在胶原纤维表面,形成纳米膜并持续缓慢地释放肝素.抗凝血活性检测显示,实验组凝血酶原时间(PT)和部分活化凝血酶原时间(APTT)明显高于正常值.血小板黏附实验显示实验组和对照组每10 000 μm2血小板计数分别为(8±4)个和(48±16)个.皮下包埋4周和8周时实验组钙离子含量分别为(8.5±1.9) μg,/mg和(21.5±6.8)μg/mg,对照组钙离子含量分别为(26.6±3.7) μg/mg和(112.6±16.9) μg/mg.结论 HDcms能够牢固地结合在去细胞异种血管表面形成纳米厚度的抗凝表面,并能够提高其生物相容性.
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关键词：
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肿瘤pH响应的聚合物胶束用于肿瘤药物靶向输送的研究进展
本文综述了肿瘤pH响应的聚合物胶柬(pH-responsive polymeric micelles)靶向输送抗癌药物的研究进展.肿瘤组织的细胞问质呈弱酸性(pH<7),而肿瘤细胞内的内涌体和溶酶体具有更强的酸性(pH 4～6).pH响应的聚合物胶束的内核或外壳在肿瘤酸性pH下能发生质子化或快速化学反应,导致其物理性能发生改变.胶束对肿瘤酸性pH的响应功能可以用来实现药物的快速释放、激活胶束的靶向功能、促进胶束的细胞内吞,以及促使胶束从溶酶体逃逸到细胞质溶质(cytosol)中,并靶向细胞核等细胞器.大量的体内和体外实验表明,pH响应型胶束输送抗癌药物可以明显增加药物在作用部位如细胞质和细胞核中的浓度,饱和癌细胞的多种抗药机制,从而克服肿瘤细胞的耐药性,提高抗癌药物的治疗效率并减少其毒副作用.
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纳米技术在抗脑卒中治疗中的应用进展
脑卒中是神经科的常见多发病,严重影响人们的正常工作和生活质量,并带来沉重的社会负担.因此,人们在不断寻找、开发治疗脑卒中的药物.但是由于药物的药动学性质的缺陷,如溶解度低、半衰期短及难以透过血脑屏障,造成生物利用度低而限制了其临床应用.因此,研究者试图通过对药物剂型的改善而克服上述的缺陷,以研制出治疗卒中疗效更好的药物.新近发展的纳米医学以及纳米技术在此领域的应用,可望改善上述缺陷,是当今研究的热点.本文从中药成分的纳米化与各类纳米载药体系(包括高分子纳米载药体系、金属纳米载体、纳米纤维以及其他新型纳米载药技术)着手,综述及展望了纳米科技在抗脑卒中治疗中的研究进展,为抗卒中药物的研发提供理论基础.
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纳米医学在血栓形成中的应用
纳米医学是纳米技术应用于医学领域中的一门新兴分支学科,纳米材料广泛应用于医学影像、药物靶向传递等疾病的诊断治疗领域.近年来,随着纳米技术的不断研发,以超顺磁性氧化铁为代表的新型纳米材料的出现,使纳米医学应用于脑卒中及心血管疾病的诊治有了一定进展.现就纳米医学在血栓形成的影像及治疗方面的应用予以综述.
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纳米医学在口腔癌治疗中的研究进展
口腔癌是口腔医学发病和死亡的重要原因之一,纳米医学为肿瘤诊断和治疗的进步带来了希望.纳米医学平台具有高效装载药物、核酸和核磁共振造影剂的能力,因此纳米相关载体对于某些临床药物、核酸和造影剂等具有增效减毒的潜力.在化疗预防中应用纳米技术装载的药物能在化疗抵抗的耐药细胞株上产生明显高于药物自由形式的抗肿瘤活性.使用纳米颗粒装载化疗药物也取得了良好的疗效,且降低了体内外的药物毒性.纳米科学还通过开发靶向磁性纳米颗粒,从而提高了光动力疗法的疗效.后,利用纳米粒子进行基因治疗,在抑制基因表达方面已取得了肯定的成果.
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发展纳米生物学和纳米医学的重要性
本文阐明了纳米生物学和纳米医学的主要研究目标和内容,讨论了发展纳米生物学和纳米医学的重要性,论述了我国在国家中长期科学和技术发展规划纲要中所规定的任务和研究方向,描述了我国纳米生物学和纳米医学的研究现状.
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多功能纳米基因载体转染人脂肪间充质干细胞及体外细胞磁共振显像
目的 观察多功能纳米基因载体聚乙二醇-聚乙烯亚胺-超顺磁性氧化铁(PEG-g-PEI-SPION)转染人脂肪间充质干细胞(hADMSCs)的可行性、效率及体外细胞磁共振显像功能.方法 根据先前报道的方法合成PEG-g-PEI-SPION.采用凝胶阻滞实验评估其复合外源性基因的能力;动态光散射法测量PEG-g-PEI-SPION/pDNA纳米复合物的粒径大小及表面电位;体外细胞毒性实验检测其对hADMSCs的细胞毒性.使用流式细胞分析仪检测PEG-g-PEI-SPION转染hADMSCs的效率.通过激光共聚焦显微镜及锥虫蓝染色实验研究hADMSCs对PEG-g-PEI-SPION/pDNA纳米复合物的摄入.PEG-g-PEI-SPION的磁共振显像功能通过体外细胞磁共振扫描验证.结果 PEG-g-PEI-SPION细胞毒性小,复合外源性基因后能够形成稳定的纳米复合物,粒径80 ～ 100 nm.在N/P=20时PEG-g-PEI-SPION转染hADMSCs高取得了22.8％±3.6％的转染率,高于商品化的阳离子脂质体Lipofectamine高11.2％±2.6％的转染率(P＜0.05).同时,PEG-g-PEI-SPION中的SPION可有效标记hADMSCs,在磁共振T2加权图像上呈低信号.结论 PEG-g-PEI-SPION是一种磁共振可视的,能有效转染hADMSCs的纳米基因载体.
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纳米银抗菌医用敷料银离子吸收和临床应用
目前烧伤创面外用药品种繁多,好的外用药不仅应具有防止创面感染、促进创面愈合的作用而且应具有安全性能好、毒副作用小等特点.纳米银敷料(商品名万灵百伤愈,主要成分为医用无菌纤维织物和天然元素银,南京希科纳米医学有限公司生产,苏药器监(准)字99第221132号/264132号(更))是采用纳米银技术,将纳米级银超细颗粒以医用无均纱布为载体的一种新型抗感染敷料(信息产业部电子第五十五所证实),目前广泛应用于外科各领域.积水潭医院烧伤科于2000年10月～2001年6月对该敷料进行离子吸收浓度研究和临床应用治疗各种烧伤创面,现总结如下.
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星形聚合物作为纳米药物载体的研究进展
在纳米医药领域,星形高分子聚合物因其生物学性能独特、适用性广而引起了广泛关注.与线形和高支化聚合物相比,星形聚合物的独特结构特性在作为纳米递送载体方面更具优势.星形聚合物已成为一种潜在的有望用于疾病治疗和诊断的纳米靶向生物材料.为此,综述了星形聚合物及其作为药物和基因纳米载体的相关研究进展.
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新型纳米MRI灯助力MRI诊断
据Nature Materials(2017,16:537-542)报道,韩国首尔基础科学研究所(IBS)纳米医学中心的Cheon J教授领导的科研团队,开发了一种新型的纳米MRI灯:只有在某种目标疾病存在的状态下,新技术平台才会"点亮"MRI信号. 这种纳米MRI灯可以克服现有MRI造影剂的局限.MRI是一种无辐射、很受欢迎的非侵入式诊断技术. 人体一些组织在MRI上有天然的对比度,但是对一些特别类型的组织成像时,需要使用一些造影剂来提高目标区域与身体其他部位间成像的对比度.
