納米金在腫瘤治療和細胞成像上的作用

納米金在腫瘤治療和細胞成像上的作用姓名：于忠學(xué)院：生命學(xué)院 學(xué)號：3111037016［摘要］納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)推動了生物醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展。納米金因其良好的催化活性與光學(xué)特性被廣泛用于納米器件制造、納米生物技術(shù)、納米生物醫(yī)學(xué)、納米藥理學(xué)等領(lǐng)域。本文綜述了納米金在腫瘤治療和細胞成像的最新研究進展，在強調(diào)其重要性的同時，亦指出其生物負效應(yīng)，并對納米金的未來發(fā)展作了展望。［關(guān)鍵詞］納米金；腫瘤治療；細胞成像；當今，納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)為科學(xué)研究的熱點。納米技術(shù)將使生物醫(yī)藥和醫(yī)療方式出現(xiàn)一場新的變革例如基因芯片和靶向治療技術(shù)將為醫(yī)療診斷產(chǎn)生深遠影響。納米金為直徑0.8—250nm的締合膠體，具有納米表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，抗氧化性強，生物相容性好，密度高和光電性能優(yōu)異等，被廣泛用于催化、生物、光電子學(xué)、信息存儲等領(lǐng)域。目前，合成納米金多采用Frens法和Brust法。譚碧生等人將其歸類為物理法和化學(xué)法：前者包括真空蒸鍍法、軟著陸法和激光消融法；后者包括溶膠法、晶種生長法、反膠束法、相轉(zhuǎn)移法和模板法等，而溶膠法即為一種典型的Frens法。合成工藝的發(fā)展推動了納米金的應(yīng)用研究，納米金已廣泛應(yīng)用于納米器件、生物醫(yī)學(xué)、信息科技等高端領(lǐng)域。本文重點介紹了納米金在腫瘤治療和細胞成像的應(yīng)用研究。1腫瘤治療和成像醫(yī)生在對早期癌癥檢測和診斷時，必須借助于能夠識別健康組織和癌癥組織的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。金納米顆粒具有突出的表面等離子共振(Surfaceplasmonresonance，SPR)性質(zhì)，能夠在特殊波長對光進行吸收和散射：當入射光的波長與金納米粒子的自由電子的振動頻率發(fā)生共振耦合時，會產(chǎn)生SPR現(xiàn)象，在紫外到可見光譜范圍具有較強的吸收峰，能增強某些特定組織的光信號，從而提高了成像對比度，在醫(yī)學(xué)光成像領(lǐng)域中具有潛在的應(yīng)用價值。但用于生物醫(yī)學(xué)光成像技術(shù)的LSPR波長應(yīng)被調(diào)控在近紅外波段(800一l200nm),而普通的金納米膠體在該波段由于光波被血液和軟組織的吸收都處于最小，不利于深層組織病變的檢測和治療。制備金納米殼狀結(jié)構(gòu)(Nanoshells)、金納米棒(Nanorods)和金納米籠狀結(jié)構(gòu)(Nanocages)有望將金納米顆粒的LSPR波長調(diào)控到近紅外波段。1．1金納米殼球體用于腫瘤治療和細胞成像金納米殼球體具有強的光學(xué)消光特性，能夠自由進入近紅外區(qū)(700—1300nm),非常適用于生物醫(yī)學(xué)方面。一，在該波長范圍內(nèi)通過人體組織的光學(xué)透射最理想；二，通過修飾金納米殼表面能使其更好地與生物體系結(jié)合引。生物偶聯(lián)效應(yīng)可將傳統(tǒng)的生物識別和納米殼球體的光學(xué)特性有機結(jié)合。鑒于納米金球殼特殊的光熱轉(zhuǎn)換性質(zhì)，可用于紅外熱療和光動力藥物釋放。Himeh等人報道了熱融治療技術(shù)。利用金納米殼球體和抗人類表皮生長因子受體2(HER一2)腫瘤蛋白抗體結(jié)合，生物修飾后Au@SiO2能夠特異性地和人胸部的癌細胞結(jié)合。通過體外適當?shù)偷慕t外光照射，利用Au@Si02在皮膚深層的不同分布，遞送合適的熱治療劑量。經(jīng)紅外光照射，光熱效應(yīng)會消滅所有癌細胞。Hitch等人還在老鼠體內(nèi)開展了腫瘤細胞切除研究，結(jié)果表明：特異性細胞能作為目標被一定劑量的近紅外光所消滅，而且不對其臨近的組織造成傷害。靶向腫瘤消除的優(yōu)勢在于Au@SiO2是無毒的和生物相容的，且所引發(fā)的副作用最小。另外，和放射治療相比，此方法沒有組織記憶，可重復(fù)性較好。美國MDAnderson癌癥中心的Halas等人使用體外激光照射體內(nèi)的金納米殼球體，以非侵入方式傳送治療需要的熱量，既實現(xiàn)了熱量只到達目標區(qū)，又可以使臨近的組織不受損傷。Loo等人對HER-2的分子成像進行了研究：與IgG非特異性標記的Au@SiO2的靶向細胞相比，HER2標記的Au@SiO2的靶向細胞表現(xiàn)出明顯的光學(xué)差異。在明場和暗場環(huán)境,細胞對吸收和散射光是敏感的。但在激光器照射后，在細胞內(nèi)增長的散射影響，僅僅限于HER2靶向細胞;由此，通過不同的照射模式，基于其散射和吸收特征，金納米殼球體能產(chǎn)生光學(xué)對照。1．2金納米棒用于腫瘤治療和細胞成像Murphy和Liz—Marzdn等人在金納米顆粒的合成方面展開了大量研究。他們采用晶種生長法，以高濃度(O.2mol/L)的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為模板劑和穩(wěn)定劑，制備金納米棒顆粒。王健等人亦使用晶種生長法制備了金納米棒。Xia等人使用一價金復(fù)合物AuCI(油胺)作為前驅(qū)物合成金納米棒。具體過程為：將氬氣保護的6—9nm無定形鐵納米粒子分散于5mL氯仿中，之后往此液體中逐滴加入1.5mL溶于氯仿的AuC1復(fù)合物(0.01mol?L)。金和鐵的摩爾比是3：1，此混合物于室溫靜置68天，產(chǎn)物經(jīng)丙酮清洗、離心后便可得直徑約2nm的超細金納米棒。與其他報道相比，合成的直徑更小。研究表明，生物樣品(如蛋白、細胞以及DNA分子等)對金納米棒顆粒在近紅外區(qū)附近的縱向SPR峰的影響很小，不會干擾發(fā)光標記。金納米棒顆粒性質(zhì)穩(wěn)定，且其LSPR穩(wěn)定，可替代化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定易于光漂白的有機燃料，加之可見光不易穿透組織，利用近紅外激光可實現(xiàn)深層組織的生物成像。此外，金納米棒顆粒易受近紅外光的誘導(dǎo)，利用產(chǎn)生的熱量可對腫瘤進行光熱治療。美國Purdue大學(xué)的Wang等人將金納米棒顆粒注人實驗鼠體內(nèi)，用雙光子成像技術(shù)(TPL)透過皮膚獲得了血管結(jié)構(gòu)的原位圖像(見圖1)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圖像要比傳統(tǒng)熒光染料法明亮，且單個金納米棒顆粒發(fā)出的雙光子熒光比單個羅丹明6G分子亮58倍。Yakar等人用聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)和抗體(anti—EGFRantibody)修飾CTAB穩(wěn)定的金納米棒制備生物探針，用于識別和標記與EGFR過度表達的癌細胞，并對癌細胞進行雙光子發(fā)光成像研究。結(jié)果表明，與同一情況的雙光子自熒光(two.photonautofluorescence)成像相比，利用金納米棒的雙光子發(fā)光成像亮度高，可深人生物組織75“m。研究證實，癌細胞的表皮生長因子受體(Epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)可為癌癥提供治療新靶點。Esayed等人將金納米顆粒與抗EGFR結(jié)合，用于選擇性標記癌細胞，采用暗場光學(xué)顯微鏡實現(xiàn)了

癌細胞成像。此外，球形金納米顆粒對可見光的吸收能力強，能夠使光能轉(zhuǎn)換為熱能，利用球形金納米微粒輔助激光熱作用，可對表皮癌細胞進行選擇性破壞，殺死癌細胞且不損害良性細胞。但是，由于可見光不容易穿透生物組織，球形金納米顆粒不適合用于深層組織的癌癥治療或診斷。而具有合適比率的金納米棒顆粒在近紅外區(qū)(800?1200nm)對光的吸收和散射能力強。通過選擇性控制光源,能夠誘導(dǎo)深層組織的金納米棒顆粒發(fā)熱，對癌細胞進行發(fā)揮診斷(成像)和光熱治療。El—Sayed等人利用寡肽標記的金納米棒進行細胞核標記，實現(xiàn)了對癌細胞與正常細胞的區(qū)分，更為可喜的是使用800nm的激光照射可選擇性地殺死癌細胞。但是，想要發(fā)揮金納米棒的巨大潛力并非易事。Hamad—Schiffedi等人引針對金納米棒表面一種常見的有機分子層CTAB進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于CTAB很容易從表面脫離和重新結(jié)合，因此它的存在會使得金納米棒表面很難附著和輸運其他分子，比如藥物或DNA。進一步的研究發(fā)現(xiàn),周圍低濃度的CTAB會加速金納米棒被紅外光激發(fā)后的熱耗散(heatdissipation)；反之，高度濃度的CTAB會讓散熱過程更慢。因此，該發(fā)現(xiàn)有助于最終設(shè)計在紅外光條件下能燃燒掉腫瘤細胞的納米棒。SHOO'iiqq1SHOO'iiqq1EJhI?I ■ I ■ h?■1.020304050FosiHcnaim)to(時兩金占晉囲愛聊圖世：＜h)並過屜營的全螞耗帰感想皆恆此子田像；(t)繪射囲永.單帕的鞏光子瞪煉的疊加躋：(d)與o圖対圧的撫丸于強廈譜陽創(chuàng)

圉I單孕全蚪米祥趙寅檢亂號血曾的原但咸槨1．3金納米籠狀結(jié)構(gòu)用于腫瘤治療和細胞成像與傳統(tǒng)的燃料分子相比，金納米籠狀顆粒的光吸收截面要比前者高5個數(shù)量級，且毒性低，顆粒表面容易被生物分子修飾，在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。夏幼南等人研究發(fā)現(xiàn)金納米籠狀顆粒可以用作光聲層析成像的造影劑，并對老鼠大腦皮層血管進行了PAT成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)金納米籠狀顆粒使大腦皮層血管的光吸收增強了81%。此外，金納米籠狀顆粒在癌細胞的識別和光熱療方面有廣闊的應(yīng)用前景。Xia等人的研究表明，表面被抗體修飾的金納米籠狀顆粒能識別并與癌細胞結(jié)合。對癌細胞用近紅外激光照射，金納米籠狀顆粒既可吸收光子，又能把光能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使溫度升高，把癌細胞殺死，卻不傷害到周圍沒有被照射的細胞。學(xué)習(xí)總結(jié)以上關(guān)于“納米金在腫瘤治療和細胞成像上的作用“是結(jié)合我課題組的研究方向，在實驗室?guī)熜值膸椭?由于在現(xiàn)在對實驗還不是很熟悉)和在網(wǎng)上查找相關(guān)資料的前提下寫的。簡單的介紹了納米金在腫瘤治療和細胞成像上的最新研究進展。通過《納米生物技術(shù)》這門課，學(xué)習(xí)到了很多與納米技術(shù)相關(guān)的知識，使我對納米技術(shù)的應(yīng)用、科研現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向有了一個整體的了解，收獲頗多。特別是在納米材料的制備，納米芯片和納米通道的這些章節(jié)對我啟發(fā)尤為重要。在這些章節(jié)中不僅使我看到了納米技術(shù)的神秘面紗更使我對納米技術(shù)在未來的發(fā)展充滿了信心。我相信，納米技術(shù)的發(fā)展將又是人類認識自然和改造自然的有一個新的里程碑。參考文獻譚碧生，曹曉紅，莫志宏?金納米粒子的制備方法及在DNA檢測