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活体成像技术在纳米药物研究中的应用进展
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活体成像技术在纳米药物研究中的应用进展 万春丽 上海科远迪生物科技有限公司 【摘要】 活体成像技术由于其操作方便、灵敏度高、创伤性小、数据精确、对比明显等优势广泛应用于各种药物和病理研究，可以直观的观测药物分子、致病微生物、创伤组织恢复的微观过程。本研究主要探究活体成像技术的两种手段应用于纳米药物研究过程中作为其药理学研究手段的应用进展进行讨论，研究活体成像技术在纳米药物研究的应用进展和研究方向。 活体成像技术在生物研究领域的应用中可以很好的反应生物体内蛋白质的作用、细胞层次的生理活动以及病原体或免疫细胞介入等研究领域，纳米药物研究过程中，揭示纳米药物与蛋白质、体内细胞等相互做用的详细药物作用机制则是目前纳米药物研究中的主要内容，也是其研究过程中的主要挑战之一[1]。本文着重描述活体成像技术的原理、特点以及优势和不足，以及应用于纳米药物研究中的效用价值和应用进展。 1 活体成像技术 1.1 生物发光技术 生物发光的技术原理为将荧光素酶基因基团通过基因技术手段加入到有观测和对比计划的活体细胞的DNA上以表达萤光素酶蛋白，培养细胞可以稳定表达荧光素酶[2]。在实际研究过程中，生物发光技术主要具有以下特点：荧光素不会影响实验动物的正常生理功能、荧光素是280道尔顿的小分子颗粒，并且有良好的水溶性和脂溶性，很容易穿透细胞膜和血脑屏障、荧光素在体内扩散速度快，可通过静脉注射手段注入实验动物体内、荧光素注入后，观察时间间隔没有最短时间限制[3]。在应用探究中，生物发光技术拥有特异性强，无自发荧光、高灵敏度、检测深度较大、定量精确等优点，但是同样也有荧光信号较弱，检测时间较长，对CCD镜头的灵敏度要求较高，相关仪器也有较高的灵敏度要求、实验需要注入荧光剂，实验成本高、细胞或基因需要转基因标记、有些物质不能使用生物发光技术，比如抗体、多肽等、很难在人体上应用等缺点[4]。 1.2 荧光成像技术 荧光成像原理是通过激发光照射荧光蛋白质基团，从而使荧光蛋白质基团达到高能量状态，而后产生荧光发射出来[5]。在条件允许情况下，因尽量选择荧光颜色显示为红色或白色的荧光染料。荧光成像技术有荧光蛋白质表达、蛋白质标记能力强，信号强度大，实验成本低，活体动物、尸体、器官全部可以进行成像等优点[6]；同时也有非特异性限制了荧光成像技术的灵敏度，体内检测细胞最低数目大约为105个；检测深度受到限制；在体内精确定量难度较高等缺点[9]。当前对于荧光成像技术主要应用在肿瘤学、抗体、药学研究、组织工程等方面[7]。 1.3 纳米药物研究简介以及当前研究进展及面临的问题 纳米药物是指在纳米尺度下，对从传统药物材料中提取有要用价值的有效成分或者通过人工手段合成而出现的药物及药物载体。纳米药物的载体系统包括：纳米粒、纳米球和纳米囊等载体与药物中具有药效作用的相关粒子以一定规则和方式结合后制成的药物称之为纳米药物[8]。纳米药物优势包括：缓释类纳米药物可以延长药物在体内的作用时间，提高药物整体利用率；导向类药物可以准确的到达目标，提高药物效果的针对性，降低药物的副作用；比表面积大、活性高，可以提高药物的药理学作用，减少使用剂量；药物分子大小形态的改变，可以改变生物膜的通透性质对药物的影响，可以提高药物吸收率及在细胞内部的作用效果；纳米药物的溶解性在体内比传统药物要大，纳米药物颗粒微小有利于药物在目标位置停留，由于其药物分子体积微小可以在进入肠道后增加停留时间和肠道吸收效率，提高口服肠溶类药物的利用效率；能有效防止胃部消化酶对药物的水解，提高药物在消化系统中的化学稳定性；也可用于一些新的给药途径等[9]。由于纳米药物研究时间较短，很多技术相对不足，而且在研究过程中受经费限制，所以在纳米药物研究过程中仍然面临许多问题。 2 活体成像技术应用于纳米药物研究 2.1 活体成像技术应用于纳米药物研究中的应用进展 活体成像技术的两个大类活体发光成像技术以及荧光成像技术在很多领域的应用之中均显示出其独有的优势特性[10]。在纳米药物研究应用中，活体成像技术可以针对纳米药物研究过程中针对性的检测药物半衰期、药物作用位置、药物在靶细胞位置的标记检测、药物局部滞留位置及作用效果、综合性评估纳米药物使用剂量标准、观测纳米药物通过通透膜过程以及直观观测纳米药物在细胞或基团层面的药理学作用等优势。因为活体成像技术在实际应用过程中可以观察体外实验模拟不了的纳米药物在活体环境下对蛋白质相互作用以及对基因层面的作用，可以准确、直观、全面的对纳米药物的药理学作用进行全面综合性的分析研究。活体成像技术应用于纳米药物研究中，实现了纳米药物活体实验过程中对生物学反映实时性、原位性、动态性和无创伤性的机体药理作用观察。 2.2 活体成像技术应用于纳米药物研究中的问题和不足 活体成像技术的两种技术本身存在的局限性，限制了其在纳米药物药理学研究中的很多应用。比如，荧光成像技术由于其非特异性的特性，体内检测具有最低下限，最少细胞数为105个，这就限制了要求特异性和高灵敏性纳米药物药理学研究中的应用，并且纳米药物由于其尺寸和特点，荧光成像技术本身的难以准确体内定量，在纳米药物药理学定量分析上的应用，又受到了诸多的限制和应用难题。不仅如此，生物发光技术由于不能应用于人体，所以在纳米药物研究应用于临床实验时，需要寻找新的药理学研究手段，而且针对纳米药物在抗体和多肽的相关药物的药理学研究上，生物发光技术不能进行标记和表达等等诸多因素均限制了活体成像技术应用于纳米药物研究中的广泛应用价值[11]。 3 结论 活体成像技术本身具有的无创性、无辐射、灵敏性高、准确、实时等优点的一种新兴的检测技术，在纳米药物研究中应用中，实现了纳米药物在活体体内对药理学实时性、作用位置准确性、药物分子穿透层膜直观性的观察而被应用于纳米药物研究之中作为一种检测技术[12]。但是作为一种新兴的检测技术，生物发光技术由于其信号较弱、检测时间较长、对仪器的灵敏度和镜头的精确度要求很高、使用价钱高昂、对抗体和多肽无效以及不可应用于人体的特性仅仅只能在少量纳米药物研究中作为一种辅助检测手段应用，这些缺点极大的限制了其在纳米药物研究中的广泛应用价值。而荧光成像技术由于其无特异性、检测深度较浅、难以体内精确定量等缺点，仅在纳米药物作用位置等试验中作为定性检测手段应用。活体成像技术作为一种广泛、廉价、准确且有效的检测手段应用于纳米药物研究中，仍有很多技术难题需要解决和面对。但是我们相信，人类在科学技术上是不断发展和进步的，各种技术手段也在现有的基础上日益完善。在不久的将来，活体成像技术不仅可以广泛应用于纳米药物研究之中，并且纳米药物研究在成熟之后，对医疗健康事业必将具有不可忽视的巨大作用。 【参考文献】 [1]吕晓蓉,李超,王东亮,等.纳米药物研究国际发展态势——基于SCI论文的统计分析纳米药物研究国际发展态势[J].科学观察,2013,6(15):19-20. [2]何伍,杨建红,王海学.FDA与EMA对纳米药物开发的技术要求与相关指导原则[J].中国新药杂志,2014,5(12):11-12. [3] S Parveen,R Misra,SK Sahoo.Nanoparticles: a boon to drug delivery, therapeutics, diagnostics and imaging. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine . 2012. [4]Gabizon A,Amitay Y,Tzemach D. et al.Therapeutic efficacy of a lipid-basedprodrug of mitomycin C in pegylated liposomes: studies with humangastro-entero-pancreatic ectopic tumor models. Journal of Controlled Release . 2012. [5]Marcos Garcia-Fuentes,Maria J. Alonso.Chitosan-based drug nanocarriers:Where do we stand. Journal of Controlled Release . 2012. [6]Rosenthal R,Günzel D,Finger C. et al.The effect of chitosan on transcellularand paracellular mechanisms in the intestinal epithelial barrier. Boimaterials . 2012. [7] Hyun Jung Jung,Anuj Chauhan.Temperature sensitive contact lenses fortriggered ophthalmic drug delivery. Biomaterials . 2012. [8]Bakheet Elsadek,Felix Kratz.Impact of albumin on drug delivery: newapplications on the horizon. Journal of Controlled Release . 2012. [9]Rubén Machín,José Ramón Isasi,Itziar Vélaz.β-cyclodextrin hydrogels aspotential drug delivery systems. Carbohydrate Polymers . 2012. [10]Mosgoeller,R Prassl,A. Zimmer.Nanoparticle-MediatedTreatment of Pulmonary Arterial Hypertension. Methods in Enzymology . 2012. [11]Kitagawa R,Katsumata N,Ando M. et al.A multi-institutional phase II trial ofpaclitaxel and carboplatin in the treatment of advanced or recurrent cervicalcancer. Gynecologic Oncology . 2012. [12]Oh H.J,Jang H.R,Jung K.Y. et al.Evaluation of adsorbents for separation andpurification of paclitaxel from plant cell cultures. Process Biochemistry . 2012. |
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