多功能介孔氧化硅基纳米诊疗剂的研究进展

多功能介孔氧化硅基纳米诊疗剂的研究进展

施剑林,陈 雨,陈航榕

【摘 要】摘 要: 无机介孔纳米生物材料在药物靶向输送、组织工程、基因传输治疗、分子影像、无创手术增效治疗等医学领域具有广阔的应用前景,对于诸如癌症等重大疾病的早期诊断与高效治疗具有重要的意义。本文以医学应用需求为背景,以纳米合成化学为基础,从多功能介孔纳米生物材料的设计入手,结合本课题组的研究进展,综述了介孔基纳米诊疗剂的研究现状和未来发展的趋势。通过对介孔 SiO2纳米粒子进行功能化修饰,赋予其特定的功能,不仅可以作为临床分子影像(核磁共振成像、荧光成像以及各种成像模式的复合)的造影剂对疾病进行诊断,并能同时高效地包覆和传输药物对疾病进行治疗(化疗、基因治疗、光动力学治疗或者无创手术治疗)。随着纳米生物技术的发展和纳米合成化学的进步,设计和制备具有特定功能的满足临床需求的介孔氧化硅基纳米生物材料,并系统地评价其细胞生物学效应和生物安全性,将会真正实现其在临床上的应用,从而造福人类。

【期刊名称】无机材料学报 【年(卷),期】2013(028)001 【总页数】11

【关键词】关键词:介孔; 纳米材料; 纳米诊疗剂; 生物材料; 分子影像; 癌症; 综述 纳米生物技术在人类健康、生物医药等领域有重要的应用价值,并带来了巨大经济效益,是国际材料科学和生物技术领域的前沿交叉学科和热点课题。伴随着科学技术的发展和人们对健康的更高追求,如何准确有效地实现对疾病的早期诊断,并有效地对疾病进行治疗,同时又能够使诊断和治疗的副作用降到最低,是人们理

想的医学诊断治疗途径。为了实现这一目标,必须具备高灵敏度成像技术实现对特定疾病的快速精确诊断,以及治疗药物的靶向输运,使得药物能够直达病灶并对正常器官不产生影响。设计和制备具有诊断与治疗功能一体化的新型纳米诊疗剂(Nanotheranostics)是最理想的解决途径之一[1-3]。

纳米诊疗剂是指通过纳米合成技术制备出具备诊断与治疗双重特性的多功能纳米药物载体[1,3]。这种载体的优点在于注射这一药剂后,可以辅助临床诊断技术精确地定位和诊断病变部位,并能够携带治疗药物杀死病变细胞,同时可以通过后续的临床诊断成像技术实时跟踪疾病的治疗过程和效果,为进一步调整治疗方案提供更加精确的信息。制备这一类纳米生物材料的通用方法为以医药领域中的应用为导向、以纳米合成化学为基础,通过在纳米尺度设计和合成具有不同形貌、组成、结构与性质的生物材料。鉴于纳米诊疗剂在纳米医药中优异的性能和巨大的应用前景,目前它已经成为国际纳米生物医药领域中的研究热点之一。 在各种已经开发出的纳米诊疗剂体系中,由于有机材料载体自身固有的热、化学稳定性差的缺陷,导致包覆的药物容易在人体中因为有机载体的分解而产生药物的爆炸式释放,并且有机载体存在着药物包覆量偏低的缺点。具有孔道结构的无机纳米药物载体具有高的药物装载量、易于改性的内外孔道、良好的热和化学稳定性,在重大疾病的早期诊断和靶向药物输送上已经显示出特有的优势[4-7]。 自从1992年Mobil公司的科学家首次成功制备出具有高度有序孔道结构的MCM系列介孔材料以来[8],介孔材料在催化、吸附、分离、医药、能源等领域显示出广阔的应用前景。介孔材料具有大的比表面积、高的孔容、可调的孔径以及可控的形貌,特别是氧化硅(SiO2)基的介孔材料具有良好的生物相容性与可降解性,近几年在药物输送、分子影像、基因治疗、组织工程等生物医药技术领

域的研究越来越受到人们的重视[5-7,9-10]。

2001年 Vallet-Regi等[11]首次报道了布洛芬(IBU)药物包覆到 MCM41型介孔 SiO2材料孔道内部具有药物缓释的特性,引发了基于介孔材料的生物医学应用的研究。各种结构、形貌的介孔 SiO2纳米粒子(Mesoporous Silica Nanoparticles,MSNs)被制备出来作为药物输运的载体,同时各种药物,如消炎药、亲/疏水抗癌药、抗菌药、基因、抗肝纤维化药物等选择介孔材料为载体进行药物的靶向输运。此外,发展了基于介孔SiO2孔道的不同药物控释方法[4,12]。在介孔材料细胞生物学效应方面,介孔SiO2作为药物输运的载体从最初简单的细胞层面的表征逐渐转入到体内生物相容性的评价,包括细胞毒性、血液相容性、降解性、体内分布、代谢等,并初步开展了药代动力学和药效学的相关研究[10,13-16]。

纳米合成化学的发展也为在纳米尺度对介孔SiO2进行功能化设计来制备介孔基纳米诊疗剂提供了理论和方法学的基础。相比于传统的介孔 SiO2纳米药物输送体系,功能化设计可以根据实际临床应用的需求使载体具有各种特殊功能。介孔基纳米诊疗剂最为显著的特点是具有医学造影和辅助性药物治疗的双重功能。例如具有磁性的介孔纳米药物输送体系可以作为核磁共振成像(MRI)的造影剂,也可以在外磁场作用下靶向药物传输或者磁引起的热疗[17-19]; 具有荧光成像功能的介孔纳米药物输送体系可以在药物输送的同时,进行荧光生物成像来示踪、监测载体的位置和药物释放情况[20]。本文结合本课题组的研究内容和介孔基纳米诊疗剂的最近进展,综述了其在 MRI、荧光成像、以及磁光、磁热等多模式成像和药物传输等生物医学领域中的应用研究,以及近期在新型高强度聚焦超声(HIFU)无创手术治疗中的最新进展。