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纳米生物技术全景扫描

发布时间:2011/10/10  发布者:  浏览次数:3599
  10年以后,到医院看病可能和今天有很大不同。不同在哪儿?你可以设想一些小颗粒能在身体内部“对付”癌症,如同“智能炸弹”的药物能够“引爆”病灶,随后一些结构优化的“脚手架”又会引导组织再生。
  这些并不只是美妙的遐想。在一些实验室,小的科技孵化公司,还有大型制药公司,研究人员发现,上述设想能够实现——至少在实验室动物身上和组织培养皿中如此。现在 ,他们正致力将这些成果推向实用化的治疗阶段。但是从老鼠到人决不那么简单,很多在老鼠身上“确保无虞”的治疗方案却尝到了人体试验失败的苦果。
  纳米技术当然不囿于医学,专家描绘的蓝图是,它将改变各个产业的面貌。纳米技术简直成了一场国际扑克游戏,各国都在纳米技术研究方面投下越来越多的赌注。
  然而,开发应用纳米技术其路仍然漫漫。除了已经推出的一些防污织物外,今后若干年内大多数公司都还不会生产商业化的纳米技术产品。IBM公司研究部物理科学主管汤姆·特伊斯认为,纳米技术的商业化要发展到像英特尔、IBM或者微软这些大公司的水平,至少还需要几十年。
  这其中,技术难题并不是惟一的障碍。公众在纳米技术对环境和健康的影响方面所持的忧虑也是研究者所必须面对的。纳米生物技术带来了福音,也有可能为祸。“任何时候,材料应用到人体这样的复杂系统,总是会有多重效应。”美国密执安大学安阿伯分校纳米生物技术中心主任詹姆斯·贝克尔说。
  为了防止“反纳米”潮流的泛滥,很多研究者不单单埋头于纳米技术本身的研究,一些相应的毒理学研究也已经开展,其他更为深入的研究还将继续展开。同时,基于安全研究,有人提出纳米研究应该更加谨慎,而将毒理程序列入考察范围也将使一些有潜力的材料在接近临床阶段时被“叫停”。
  这里,我们对纳米生物材料研究现状作一大致扫描,也许能从中窥见未来纳米技术是沉是浮的蛛丝马迹。
  医学治疗
  一些纳米生物技术公司将目光瞄准医疗市场。以美国休斯敦的C60公司为例,它致力于“富勒烯”纳米材料的开发。作为包含60个碳原子的空壳结构,富勒烯(也称巴基球)在医疗方面颇具潜质。最显著的一点是“富勒烯有望作为细胞内外强效的抗氧化剂”。公司总裁儒斯·莱伯维茨说。一些神经退化疾病以及通常的衰老过程,都与氧化过程造成的损害有一定关系。通常的富勒烯并不具有生物相容性,C60公司正努力改造它的结构以开发“下一代小分子抗氧化剂”。该公司正与另一家公司联手研发此类药物,但莱伯维茨说,人体试验最快也在两年之后。
  另外,纳米谱生物科学公司和特里登生物系统公司正在进行癌症的热疗研究。两家公司的战略核心都是利用被外部能量激发的纳米金属粒子去加热并摧毁周边的肿瘤,他们的研究都显示出了积极的前景。
  药物输送
  在药物输送的竞技场上,多家公司争相开发药物封装技术以减少药的毒副作用,提高药物的生物利用率和增加药物的溶解性。据报告,未来5年,美国约28种药物的专利保护将到期,对专利拥有者而言这意味着损失460亿美元的收入。
  而延长专利有效期的办法之一,就是改变已有药物的封装形式。纳米技术因此备受制药工业的青睐,这其中包括爱尔兰艾伦公司的“纳米晶”技术,法国弗莱梅尔公司的“水母”技术——一种自组装聚氨基酸纳米粒子体系,以及美国树枝纳米技术公司的“树枝状纳米材料”技术。这些方法都能增加药物针对性,具有缓释功能从而增加药效时间。
  组织重建
  纳米技术服务的另一个领域是组织重建。在美国西北大学先进医学生物工程和纳米科学研究所,所长萨姆·史都普的实验室开发出了一种自组装液体,注射到体内即可凝固,形成一种类似于“脚手架”的结构,能向细胞发出有序的生物学信号(如缩氨酸),引导组织重建。
  这一材料的关键是由两个亲缩氨酸构成的直径6~8纳米的圆柱状长纳米纤维。今年2月份发表的试验结果表明,这种“纳米脚手架”可以引导神经祖细胞选择性分化为神经细胞,这一成果有望发展新的治疗中枢系统瘫痪的方法。史都普小组的其他研究还包括利用纳米生物技术进行小岛移植和骨髓再生等。“我相信纳米技术在再生医疗领域的应用将十分活跃,”史都普说,“现在纳米技术还比较昂贵,所以还有很多成本难题需要解决。然而,对于治疗瘫痪和恢复失明而言,再昂贵的技术也是值得的。”
  诊断成像
  诊断和治疗也许同样重要。北溪公司以纳米技术为平台开发了一种耐甲氧西林金黄葡萄球菌的快速检验方法。使用目前的标准方法,检验结果要在48~72小时以后才能出来,而使用新方法,样本经过初级培养后1小时就可出结果,而下一代化验方法则是直接化验样本就可出结果。这种分子诊断模式运用了一种三明治型的化验模式,利用低聚核苷酸吸附特定靶标的核酸,再吸附带有低聚核苷酸的纳米金粒子,通过银沉淀反应,可将信号强度放大1000到10000倍。北溪公司计划2005年初将此产品投放市场。
  一些研究者最近将一种称为“量子点”的纳米粒子应用于动物活体成像。量子点通常是纳米级的硒化镉或硒化铅半导体晶体,具有可控的光学性质。通过改变其直径,这种晶体就可以吸收或释放不同波长的光。量子点可以由单一光源激发,传统的荧光显微方法则因为有机荧光团各具不同的吸收谱而需要多重激光光源,同时,量子点也比有机染料更亮,不出现光褪色现象,发射谱也更窄,这些都构成了量子点在成像方面的优势。相比之下,复杂的荧光显微方法就显得落伍了。
  在这一领域,科学家们尽管获得了一些积极进展,如哈佛医学院的约翰·弗朗吉欧尼和同事用量子点查找活老鼠前哨淋巴结的研究,但是,量子点在很长时期内还只能在经过培养的细胞和组织中“一显身手”,动物实验当然也可以继续开展,但该技术最终能否用于人体,目前还不可知。
  安全担忧
  因为量子点和其他所有纳米粒子一样,可能招致人体健康的潜在风险。今年4月,美国南卫理公会大学两位研究人员在美国化学会全国会议上报告说,水溶性富勒烯分子能造成黑鲈鱼大脑损伤。这一结论让整个纳米技术界为之惊觫。媒体也推波助澜,大加报道,尽管该研究还非常初步,当时甚至还未经过同行评议。对其他纳米粒子的质疑也存在,如树枝状纳米材料会造成渗透性破坏,甚至导致细胞膜破裂。
  美国国家环境健康科学研究所环境毒物学部执行主任约翰·布彻尔说,“纳米材料的作用既不像粒子也不像化学品,它们的性质既是中间的又是独特的,对于这一点,我们刚刚开始去探究。”该研究所最近启动了针对量子点、二氧化钛纳米粒子以及巴基球等安全性的一系列研究。作为负责人的布彻尔介绍,研究将集中于三个问题:纳米材料表面的涂层和化学物质对粒子行经的身体部位的影响;纳米粒子的免疫特性以及它们的毒理效应。
  公众误解
  布彻尔说,这些研究结果将有助于指导开发更安全的纳米产品。然而今年在美国和英国进行的调查表明,公众对于纳米技术以及科学家为保证纳米技术安全所做的努力都知之甚少。
  美国北卡罗来纳大学所做的全国调查表明,超过80%的美国人几乎或全然不知纳米技术为何物,英国皇家学会和皇家工程院今年3月联合提交的一份调查报告指出,只有29%的受访者听说过纳米技术,仅有19%的人能够给出一个不管精确与否的定义。但另一方面,被调查者对纳米技术的态度是积极的。美国有40%的人认为纳米技术利大于弊,持相反观点的人只有22%。在能给出纳米技术定义的人中,68%的人预言纳米技术将提升人类未来,只有4%的人认为纳米技术会使事情变糟。
  这一乐观情绪当然得到纳米专家的热烈回应。IBM公司研究部物理科学主管汤姆·特伊斯表示,对于经济领域而言,信息技术的年产值是1万亿美元。而纳米技术的利益将延伸到生命科学和医学领域甚至各个工业领域,制造业也将加入此项技术。“这将带来多大效益?它简直就是一切!”特伊斯说
 

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