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纳米技术在临床医学的应用进展情况 （有好的资源和有价值的回帖，酌情加精！）！
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1959年，著名物理诺贝尔奖获得者Feynman预言了纳米科技的出现及美好前景。1990年7月。在美国巴尔的摩召开的第1届国际纳米科技会议。标志着纳米科技(nano science and technology)的正式诞生。随着米科技向医学界的不断渗透，纳米医学应运而生。本人不才，就医学纳米技术的一些肤浅认识做一归纳，本人发起这个主题，只能算是抛砖引玉，希望引来各位在纳米方面的能人，还望多多指教！ 首先，纳米技术已经很好的应用于临床中疾病诊断，入实验室诊断，细胞学检测，病理诊断，等。 其次，在临床治疗或实验方面，已经开展了磁导向纳米药物的制备，目前磁靶向给药系统有：磁性微球（MMS)、磁性纳米粒(MNP)、磁性脂质体 ，[普通磁性脂质体(MLP)、热敏型磁性脂质体(TMLP)、长循环磁性脂质体(LMLP)等]、磁性乳剂、磁性片剂、磁性胶囊和将单克隆抗体偶联在磁性制剂表面的免疫磁性制剂E2][如免疫磁性微球(IMMS)、免疫磁珠(IMB)、免疫磁性脂质体等等。 在与基因方面的结合，开创了基因治疗疾病，尤其是肿瘤基因治疗的有一次飞跃，其已经开展了纳米载体在基因转运系统中主要屏障的研究，纳米基因载体设计与研制策略，等。 在纳米生物材料的应用方面，可以在器官移植材料，纳米银抗菌医用敷料，人工血红细胞，纳米止血绷带，等临床上急需解决的问题上，已经有一定的突破。 问题与展望： 下一步应该或者说亟待解决的如癌细胞探测装置+纳米导弹，基因治疗，微观治疗，纳米机器人，基因治疗与药物靶向治疗，如何通过与纳米技术的结合，或许需要虫子们的努力了！ （具体参考文献，就不列出，敬请原谅！） [ Last edited by zhangwj on 2008-12-20 at 02:04 ] |
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量子点在生物医学成像上的应用 摘要：量子点作为新型的荧光探针以其独特的光学及生物特性在生物医学上有着广泛的应用。在活细胞标记及组织光学成像，肿瘤细胞示踪及诊断影像，活体成像等方面取得了重大的突破，量子点作为一种新的荧光标记物件对细胞生物学、光子学成像及医学领域也将会产生深远的影响。 关键词：量子点 生物医学成像 应用 引言 量子点（quantum dots，QDs)，又称半导体纳米晶，是由Ⅱ-Ⅱ族、Ⅲ一V族、Si、Ge等元素组成，尺寸在其激子波尔半径以内的纳米颗粒[1]，也就是说电子的能量在三维度上是量子化的。任何材料都有一个临界尺寸，当粒径小于这个尺寸时，其基本的电子和光学性质会发生足够的改变，但是在特定的温度下，相比而言，半导体发生的这种改变的尺寸(即临界尺寸）比绝缘体、金属材料上要大得多。由于其尺寸在纳米范围内,所以量子点与其他纳米粒子一样具有量子尺寸效应、表面效应、量子隧道效应、介电限域效应，作为新型的生物荧光材料，它有着独特的光学及生物特性：(1)激发波长范围宽而发射波长范围窄，即可被小于发射波长10nm的任意波长的激发光激发，这样就可以使用同一种激发光同时激发多种量子点而获得多色荧光。而荧光染料的激发波长范围较窄，特定的荧光染料需要特定波长的激发光来激发，给实际工作带来了很多不便；(2)发射峰窄且对称，重叠小。而荧光染料发射峰宽且不对称，拖尾及重叠严重，易互相干扰，给分析检测带来难以解决的难题；(3)量子点的发射波长可在400—2000 nm之间通过控制其大小和组成来调谐，大小均匀的量子点谱峰为对称高斯分布，其荧光量子产率在室温下约为85％ (Qu等，2002)；(4)量子点的荧光强度及稳定性约为普通荧光染料的100倍，几乎没有光褪色现象，可以对所标记的物体进行长时间的观察；(5)生物相容性好，尤其是经过各种化学修饰之后，可以进行特异性连接，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测，而荧光染料一般毒性较大，生物相容性差(Chan等，2002)。由于这些优点，量子点作为一种新型的荧光探针在生物分子探测、细胞的原位荧光成像、正常及病变组织的定位和成像等研究领域中具有特殊地位。同时，可以利用量子点尺寸与颜色(波长)的相关性来标记不同的基因、蛋白、小分子复合物等[2]。自量子点第一次作为荧光探针应用于生物成像以来，它已成为生物医学成像领域的研究热点[3]。 荧光成像的应用 生物连接的量子点已被应用到DNA杂交、免疫测定及受体介导的细胞内吞作用和时间控制的组织片段的荧光成像，并作为荧光标记应用到蛋白组研究[4] (Waggoner等，2006)及活体中细胞成像。量子点的一个突出的好处是它有着非常高的光稳定性，这就可以在一段较长时间内(几分钟到几小时)实现对细胞内反应过程的实时监视和追踪。而且可用不同颜色的量子点同时对活细胞内或表面进行标记，这方便了对不同目标的区分。 1.活细胞荧光标记及组织光学成像 细胞生物学中一个重大的突破就是活细胞成像。细胞或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位进行标记，量子点作为纳米尺寸的晶体，有着独特的光化学和光物理学特性，使其不仅适合单分子成像，也可以进行组织整体的成像研究[5]。随着量子点制备、表面化学及共轭结合技术的进步，量子点在细胞多色成像的应用中已取得很大的进展。例如Ｃhen等[6]首次报道了将量子点与标记分子复合物通过转染进入细胞核，在实验中他们将量子点与SV40(猴病毒40)大的T抗原核定位信号(NLS)结合，并经转染进入活细胞，通过荧光成像系统监测到复合物从细胞质到细胞核的运动过程，经1星期以上时间的培养观察没有发觉对细胞有负面影响。长时间观测可以看到复合物堆积在细胞核中。这一工作首次将量子点用在细胞核中进行长时程观测生物现象，提供了一种新的无细胞毒性成像技术来研究细胞核的交换机制及过程,使细胞核的研究工作提高到可视化程度。为了改进量子点在组织中的渗透，Kim等(2004)制备了一种新型的核一壳纳米结构，称为Ⅱ型量子点，量子产率约为13％，与传统的I型量子点相比，Ⅱ型量子点的壳层材料有着比核材料低的价带和导带能，使得这些纳米粒子的发射光能量减少，波长变长。该工作指出了量子点探针作为外科手术实时观测，原位指引的可能性，使得外科医生可对微小的病灶(如肿瘤)进行快速，准确的定位和移除。 2.肿瘤细胞示踪及诊断影像 肿瘤及癌症的诊断和治疗问题是全世界都在关注的焦点。光学成像技术在敏感的肿瘤诊断尤其是在肿瘤的早期诊断阶段有着巨大潜力，这是一项灵敏的、非侵入性、非电离性、临床应用安全、花费相对便宜的技术[7]。聚合物包裹的量子点有着良好的生物相容性，已被证实对细胞和机体无毒害作用，为量子点临床应用提供了先决条件在肿瘤转移的研究中，Voura等[8]通过量子点标记和多光子激发、光谱成像，观察到了肿瘤细胞转移到肺组织中的５个入口。目前，量子点已经可成功地使之应用在细胞水平的肿瘤成像上。Nida等[9]将与量子点连接的表皮生长因子受体与抗生长因子抗体形成共轭对来探测子宫颈癌前期生物学标志物，经过适当地控制，观测到准确标记的生长因子受体，结合光学成像技术，显示子宫颈癌在分子水平的变化。该技术有助于肿瘤早期的诊断。 近红外荧光由于能穿透组织进行深层组织成像且自发荧光背景较低，已引起有关研究者的注意，且已将其引入到肿瘤研究中。发射近红外荧光的量子点已经被制备出来，并用于多种疾病的前哨淋巴结(SLN)的定位标记成像，如非小细胞肺癌、食道癌等癌症和胸膜部位疾病等[10-16]。在鼠的前肢皮下和猪的腹股沟皮下注射近红外荧光量子点做为肿瘤细胞淋巴示踪，通过近红外荧光成像系统观察到量子点被引流到前哨淋巴结。该方法是确定癌症是否扩散到身体其他部分的第一步，也是最关键的一步。近红外荧光量子点成像系统可同时显现外科手术区域和淋巴液排泄途径及节点，提供实时可视化成像来指导定位和外科切除术[13,14]，因此克服了许多现有技术的局限性。 3.活体成像 量子点作为光学对比剂结合荧光成像系统可进行肿瘤的定位，实时监测肿瘤细胞的生长和转移，对肿瘤动力学的研究及指导癌症手术提供了帮助。聂书明等[17]首次实现了用量子点同时在活体内定位和成像。他们用ABC triblock聚合物纳米颗粒层和聚乙二醇包被量子点，将其附着在单克隆抗体上，此抗体连接物可以和前列腺肿瘤细胞上的前列腺特异性抗原结合。这种量子点注射入有前列腺肿瘤的裸鼠循环系统后聚集到肿瘤细胞周围，荧光成像检测可得到在体肿瘤细胞敏感的多色的荧光图，获得肿瘤大小和定位的信息。他们还用未结合抗体的量子点去“被动”的定位肿瘤，发现尽管量子点可以从肿瘤血管上“渗漏”出来并在肿瘤上聚集，但这个过程比结合了抗体的量子点聚集要慢很多，效果也差。这种特别设计的量子点在较宽范围的pH和盐条件下是稳定的，适用于复杂的体内实验。 量子点荧光探针的毒性与缺点 半导体量子点的潜在毒性是一个受到广泛关注的问题，是否在活体内具有毒性是量子点能否走向临床的关键。近来Derfus等[18]指出CdSe量子点对于在紫外灯照下培养的细胞具有很高的毒性，这个结果并不令人感到意外，因为紫外辐射的能量与化学共价键的能量相近，因而使得量子点微粒经历一个光降解的过程，使得有毒的镉离子释放到培养介质中去，研究表明，在没有紫外辐射的情况下，由聚合物修饰的量子点对细胞和动物均无毒性，Zns包裹的量子点也没有细胞毒性(Chan等．2006)。尽管如此，研究细胞毒性和量子点探针在活体内的降解机理十分重要，在把量子点运用到人体肿瘤和脉管成像之前，所有与其毒性相关的机理都必须研究透彻。对于聚合物包裹的量子点，半导体量子点核的化学或酶降解的可能性不大，这种聚合物包裹的量子点可以通过缓慢渗透和排泄的形式排出体外。 展望 高性能的多功能量子点与先进的光学成像技术相结合，为实时地动态地监测细胞内和生物活体内的分子事件提供强有力的实验手段，为揭示生命活动规律及研究疾病的发生、诊断、治疗提供了新技术新方法，极大地促进了生命科学的发展。随着荧光标记研究领域的日益深入，如何提高量子点的生物相容性及对标记物的敏感性、特异性、稳定性及荧光的高效性等多方面的研究，将是下一步的重点。另外，如何更高效地将量子点与识别分子相结合也是一个有待解决的问题之一。然而，尽管在应用中存在着这些难点，量子点作为一种新的荧光标记物仍将为荧光成像带来新的高峰，对细胞生物学、光子学成像及医学领域也将会产生深远的影响。 参考文献： [1]ALIVISATOSAP．Semiconductor clusters，nanocrystals，and quanRma dots[J]．Science，1996，271：933—937． [2]Gao XH，Nie SM．Quantum dot—encoded mesoporous beads with high brightness and uniformity：rapid readout using flow cytometry．Anal Chem，2004，76 ：2406～2410． [3]Chan WCW，Nie SM．Quantum Dot Bioconjugates for Ultra-sensitive Nonisotopic Detection．Science，1998，28 1：2016～ 2018． [4]Ornberg R，Harper TF，Liu H．Western blot analysis with quantum dot fluorescence technology ：a sensitive and quanti-tative method for multiplexed proteomics． Nature，2005，2：79—81． [5]Wilkinson J M, Kuok M H, Adamson G. 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