纳米颗粒是医学的未来

研究人员正在尝试设计针对癌症的小粒子治疗的新方法。

当您听到“纳米医学”一词时,它可能会像1966年电影中的那些场景那样。梦幻般的航行。”这部电影描绘了一支医疗团队缩水,穿过男人的身体骑着微观的机器人船,清除了他的大脑血块。

纳米医学尚未达到这一水平。尽管科学家可以生成比几种纳米材料较小的纳米材料 - “纳米”(表明十亿米的“纳米”),如今的纳米技术无法生成功能性电子机器人技术,足以将功能性电子机器人能够轻微地注射到血液中。但是自从纳米技术的概念它是在1970年代首次引入的,它在许多日常产品中都留下了印记,包括电子,织物,食物,水和空气处理过程,化妆品和药物。鉴于各个领域的成功,许多医学研究人员渴望使用纳米技术来诊断和治疗疾病。

我是一个制药科学家受纳米医学的承诺的启发。我的实验室在过去的20年中,努力使用纳米材料开发癌症治疗。尽管纳米医学已经取得了许多成功,但像我这样的一些研究人员对此感到失望总体表现不佳在癌症中。为了更好地将实验室成功转化为诊所的治疗方法,我们提出了一个新设计方式使用纳米材料的癌症药物。使用此策略,我们开发了一种治疗方法这能够在转移性乳腺癌的小鼠中完全缓解。

什么是纳米医学?

纳米医学指在纳米级中使用材料来诊断和治疗疾病。一些研究人员将纳米医学定义为涵盖使用小于1,000纳米纳米材料的任何医疗产品。其他则更狭窄地使用该术语来指使用小于200纳米的纳米颗粒。更大的任何东西可能不可能安全地注入血液中。

几种纳米材料已成功用于疫苗。今天最著名的例子是Pfizer-Biontech和Moderna Covid-19 mRNA疫苗。这些疫苗使用由脂质或脂肪酸制成的纳米颗粒,有助于将mRNA带到体内需要的地方以触发免疫反应。

研究人员还成功地使用了纳米材料和医学成像。快速共同19测试怀孕测试使用金纳米颗粒形成指定阳性结果的彩色带。磁共振成像或MRI,通常使用纳米颗粒作为对比剂,有助于使图像更明显。

几种基于纳米颗粒的药物已被批准用于癌症治疗。多克西尔(阿霉素)Abraxane(紫杉醇)是使用纳米材料作为递送机制来提高治疗疗效并降低副作用的化学疗法药物。

癌症和纳米医学

纳米医学提高药物有效性并降低其毒性的潜力对于使用抗癌药物通常具有强烈副作用的癌症研究人员有吸引力。的确,65%使用纳米颗粒的临床试验专注于癌症。

这个想法是纳米颗粒癌药物可以像生物导弹这会破坏肿瘤,同时最大程度地减少对健康器官的损害。由于肿瘤的血管漏水,研究人员认为这将允许纳米颗粒积聚在肿瘤中。相反,由于纳米颗粒在血液中的循环比传统的癌症治疗时间更长,因此它们在健康器官中的积累较少并降低毒性。

尽管这些设计策略在小鼠模型中已经成功,但大多数纳米颗粒癌药物具有未显示比其他癌症药物更有效。此外,尽管某些基于纳米颗粒的药物可以降低对某些器官的毒性,但它们可能会增加其他器官的毒性。例如,基于纳米颗粒多克斯与其他化学疗法选择相比,减少对心脏的损害,它可能会增加发展的风险手脚综合征

改善基于纳米颗粒的癌症药物

为了调查改善基于纳米颗粒的癌症药物的方法,我和我的研究团队检查了很好与没有纳米颗粒的相同癌症药物相比,五种批准的纳米颗粒癌症药物积累在肿瘤中,并避免健康细胞。根据我们实验室研究的发现,我们提出设计纳米颗粒为更详细对于他们的预期目标,可以改善他们从动物模型向人的翻译。这包括创建解决特定药物(例如常见副作用)的缺点的纳米颗粒,以及在每种特定癌症类型中都应靶向的细胞类型中。

使用这些标准,我们设计了基于纳米颗粒的免疫疗法用于转移性乳腺癌。我们首先确定乳腺癌具有抑制免疫反应的一种免疫细胞,有助于癌症对刺激免疫系统攻击肿瘤的治疗具有抵抗力。我们假设,尽管药物可以克服这种耐药性,但它们无法充分积累这些细胞以成功。因此,我们设计了由一种称为白蛋白的常见蛋白质制成的纳米颗粒,该纳米颗粒可以直接将癌症药物直接输送到这些免疫抑制细胞所在的位置。

当我们测试基于纳米颗粒的疗法对乳腺癌的基因修饰的小鼠治疗时,我们能够消除肿瘤并实现完全缓解。所有小鼠在出生后200天还活着。我们希望它最终将从动物模型转化为癌症患者。

纳米医学的明亮但现实的未来

一些使用纳米颗粒的药物的成功,例如Covid-19 mRNA疫苗,引起了研究人员和公众对他们在治疗其他疾病的潜在用途的兴奋,包括关于未来的讨论癌症疫苗。但是,传染病的疫苗是不一样作为癌症的疫苗。癌症疫苗可能需要不同的策略来克服治疗抗药性。将基于纳米颗粒的疫苗注入血液中的疫苗也与注入肌肉相比,具有不同的设计挑战。

虽然纳米医学领域在将药物或诊断剂带出实验室并进入诊所方面取得了良好的进步,但它仍然有很长的路要走。从过去的成功和失败中学习可以帮助研究人员发展突破,使纳米医学能够履行其诺言。

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