作者孙，对话
信用:Unsplash/CC0公共领域
当你听到“纳米医学”这个词时，它可能会让你想起1966年电影《神奇之旅》中的场景
“这部电影描述了一个缩小的医疗团队乘坐一艘微型机器人船穿过一个人的身体，清除他大脑中的血块
纳米医学还没有达到那种复杂的程度
尽管科学家可以制造出小于几纳米的纳米材料——“纳米”表示十亿分之一米——但今天的纳米技术还不能制造出小到可以安全注射到血液中的功能性电子机器人
但是自从纳米技术的概念在20世纪70年代首次提出以来，它已经在许多日常产品中留下了印记，包括电子产品、织物、食品、水和空气处理过程、化妆品和药物
鉴于这些在不同领域的成功，许多医学研究人员渴望使用纳米技术来诊断和治疗疾病
我是一名药物科学家，受到纳米医学前景的鼓舞
过去20年来，我的实验室一直致力于开发利用纳米材料治疗癌症的方法
虽然纳米医学取得了许多成功，但像我这样的一些研究人员对其在癌症方面的总体表现不佳感到失望
为了更好地将实验室的成功转化为临床治疗，我们提出了一种利用纳米材料设计癌症药物的新方法
使用这种策略，我们开发了一种治疗方法，能够使患有转移性乳腺癌的小鼠完全缓解
什么是纳米医学？ 纳米医学是指使用纳米材料来诊断和治疗疾病
一些研究人员将纳米医学定义为包含任何使用小于1000纳米的纳米材料的医疗产品
其他人更狭义地使用该术语来指使用小于200纳米的纳米颗粒的可注射药物
任何更大的东西注入血液都不安全
虽然纳米医学不是“奇妙的旅程”，但它分享了这部电影的治疗目标，即准确地将药物送到需要去的地方
几种纳米材料已经成功用于疫苗
今天最著名的例子是辉瑞-BioNTech和现代新冠肺炎mRNA疫苗
这些疫苗使用由脂质或脂肪酸制成的纳米颗粒，帮助将mRNA运送到体内需要的地方，以触发免疫反应
研究人员还成功地将纳米材料用于诊断和医学成像
快速新冠肺炎测试和妊娠测试使用金纳米颗粒形成彩色条带，指示阳性结果
磁共振成像(MRI)通常使用纳米颗粒作为造影剂，有助于使图像更加清晰
几种基于纳米颗粒的药物已经被批准用于癌症治疗
多柔比星(doxorubicin)和Abraxane (paclitaxel)是化疗药物，它们使用纳米材料作为输送机制来提高治疗效果和减少副作用
癌症和纳米医学 纳米医学在提高药物疗效和降低其毒性方面的潜力，吸引了从事抗癌药物研究的癌症研究人员，这些药物通常有很强的副作用
事实上，65%使用纳米粒子的临床试验都集中在癌症上
金是一种纳米粒子，研究人员正在一系列环境中测试其用途
这个想法是，纳米粒子癌症药物可以像生物导弹一样摧毁肿瘤，同时最小化对健康器官的损害
因为肿瘤有渗漏的血管，研究人员认为这将允许纳米颗粒在肿瘤中积累
相反，由于纳米粒子在血液中循环的时间比传统的癌症治疗方法更长，因此它们在健康器官中的积累更少，毒性也更低
虽然这些设计策略在小鼠模型中取得了成功，但大多数纳米粒子癌症药物并没有显示出比其他癌症药物更有效
此外，虽然一些基于纳米颗粒的药物可以降低对某些器官的毒性，但它们可能会增加对其他器官的毒性
例如，虽然与其他化疗方案相比，基于纳米颗粒的多柔比星减少了对心脏的损害，但它可能会增加患手足综合征的风险
改进基于纳米颗粒的癌症药物 为了研究如何改进基于纳米粒子的癌症药物的设计，我和我的研究团队研究了五种经批准的基于纳米粒子的癌症药物在肿瘤中的累积情况，以及与不含纳米粒子的相同癌症药物相比如何避开健康细胞
基于我们实验室研究的发现，我们提出设计对预期目标更具特异性的纳米颗粒可以改善它们从动物模型到人类的转化
这包括创造纳米粒子，解决特定药物的缺点，如常见的副作用，并针对每种特定癌症类型的细胞类型
使用这些标准，我们设计了一种基于纳米颗粒的转移性乳腺癌免疫疗法
我们首先发现乳腺癌有一种免疫细胞，它抑制免疫反应，帮助癌症对刺激免疫系统攻击肿瘤的治疗产生耐药性
我们假设，虽然药物可以克服这种耐药性，但它们无法在这些细胞中充分积累以取得成功
因此，我们设计了由一种叫做白蛋白的普通蛋白质制成的纳米颗粒，可以将癌症药物直接输送到这些免疫抑制细胞所在的位置
当我们在患有乳腺癌的转基因小鼠身上测试我们基于纳米颗粒的治疗时，我们能够消除肿瘤并实现完全缓解
所有的老鼠在出生后200天仍然活着
我们希望它最终能从动物模型转化到癌症患者身上
新冠肺炎mRNA疫苗激发了人们对纳米医学在其他疾病上的潜在应用的兴奋
纳米医学光明而现实的未来 一些使用纳米粒子的药物的成功，如新冠肺炎mRNA疫苗，激发了研究人员和公众对其在治疗各种其他疾病方面的潜在用途的兴奋，包括对未来癌症疫苗的讨论
然而，传染病疫苗不同于癌症疫苗
癌症疫苗可能需要不同的策略来克服治疗耐药性
将基于纳米颗粒的疫苗注射到血液中也有不同于注射到肌肉中的设计挑战
虽然纳米医学领域在让药物或诊断方法走出实验室进入临床方面取得了良好的进展，但它仍有很长的路要走
从过去的成功和失败中学习可以帮助研究人员开发突破，让纳米医学实现它的承诺
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