納米科技概論 第三章 第一講 納米技術(shù)在生物醫(yī)學中的應用概述

1、納米技術(shù)在生物醫(yī)學中的應用 緒論部分 人體是由多種器官組成的，人體器官是由各種細胞組成的。細胞的尺度大約在微米至毫米之間，細胞是人體器官組織的基本單元，人體器官就是各種細胞的不同組合構(gòu)成的，從而使不同器官具有不同的功能。但是，細胞還不是構(gòu)成人體組織的最小單元，細胞還是由無數(shù)的更小的生物分子構(gòu)成的，生物分子包含各種各樣的蛋白質(zhì)、DNA、核酸等。所以，人體的最基本成分是生物分子。 一、引言一、引言 具有不同生物活性的生物分子在人體中扮演著不同的角色，有著不同的作用和分工。只要構(gòu)成人體活性的生物分子出現(xiàn)故障，就會導致人體細胞的異?；蛩劳?，使人體感到不適或生病、衰老，甚至死亡。因此，從微觀的角度來講，

2、給患有疾病的人治病就是要修復這些出現(xiàn)異常的生物分子。一、引言一、引言 然而，目前的醫(yī)學水平還遠沒有達到修復人體生物分子的水平。只有納米技術(shù)才可以揭示人體生物分子的微觀構(gòu)造，它在醫(yī)學上的應用就是納米醫(yī)學。納米醫(yī)學的本質(zhì)就是在分子水平上研究和認識人體的生命組成，解釋人體復雜的生命過程，最終在分子尺度的水平上進行人體疾病的診斷、治療以及預防。一、引言一、引言 為了實現(xiàn)納米醫(yī)學技術(shù)，一個重要的內(nèi)容就是創(chuàng)造由分子組成的并具有類似于人體器官組織功能的極其微小的納米裝置和機構(gòu)。利用這些裝置和機構(gòu)，可以方便地植入人體，用它來改善人體的生命系統(tǒng)。一、引言一、引言 同時，這些微小的裝置和機構(gòu)還可以隨意出入細胞內(nèi)外

3、，完成各種各樣的特殊的醫(yī)療使命：一、引言一、引言 修復發(fā)生畸變的基因； 扼殺處于萌芽狀態(tài)或發(fā)生癌變的癌細胞； 及時捕捉侵入人體的細菌和病毒并立即消滅，防止發(fā)生疾??； 探測人體內(nèi)化學成分和生物化學成分的變化，適時地釋放相應的藥物或人體所需的微量物質(zhì)，及時地改善人體的健康狀況。 納米技術(shù)將會給醫(yī)學帶來一場前所未有的革命，大幅度地提高人類健康水平，使人們真正能夠達到延年益壽的目的?？梢灶A見，納米技術(shù)可望在以下幾方面得到突破和應用是為期不遠的事情。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用 在已完成的人類基因序列圖譜草圖繪制的基礎上，人類對人體本身的認識可望達到分子級的水平，并能在細胞

4、的分子結(jié)構(gòu)和分子的基因水平上認識和理解病變的機理，為徹底根治疾病提供理論基礎。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用1、在分子的水平上認識和理解病變的機理 現(xiàn)在常用的人體診斷檢測儀器是CT（計算機斷層造影術(shù)）和核磁共振術(shù)，它的分辨率是在mm級。正在研究的被稱為“分子雷達”的光學相干層析術(shù)（OCT）的分辨率可達1m，比CT和核磁共振術(shù)的精密度要高出上千倍，并能以每秒2000次的速度快速地完成生物體內(nèi)細胞的動態(tài)成像，可以實施觀察活細胞的動態(tài)過程和變化，即使是單個細胞出現(xiàn)的病變也可以準確地檢測出來。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用2、大幅度地提高醫(yī)學診斷和疾

5、病檢測的精度 當這種新儀器在臨床應用后，就能夠及早發(fā)現(xiàn)細胞的病變從而把疾病“扼殺在萌芽狀態(tài)中”，不會像現(xiàn)在那樣等到生命垂危時才被CT或核磁共振檢查出癌癥的病變。不久的將來，人類癌癥的早期診斷和及時得到有效的治療就會變成現(xiàn)實。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用2、大幅度地提高醫(yī)學診斷和疾病檢測的精度 應用納米技術(shù)，可以研制適用于不同的診斷和檢測目的，能夠直接插入人體不同部位活細胞內(nèi)的微型探測器。由于微型探測器及其傳感器很小，插入活細胞內(nèi)部都不會干擾細胞的正常生理過程，但卻能夠獲取活細胞內(nèi)反映其功能狀態(tài)的動態(tài)信息，為臨床疾病的診斷和治療提供客觀依據(jù)。二、納米科技在醫(yī)學方面的

6、應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用2、大幅度地提高醫(yī)學診斷和疾病檢測的精度 納米醫(yī)用機器人極其微小，能夠在血管中游走，可以用來捕捉和移動單個細胞，也可用來清除血管壁上、心臟動脈上的脂肪沉積物，大大減少或根除心血管疾病的發(fā)病率。醫(yī)用機器人還可以在人體組織的間隙里清除病毒細菌或癌細胞，像傳統(tǒng)的外科手術(shù)一樣修復心臟、大腦和其它器官等。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用3、納米醫(yī)用機器人和完全可控的體內(nèi)顯微手術(shù) 除此之外，利用納米醫(yī)用機器人在人體內(nèi)行走自如的能力，可進行定位給藥，把藥直接送到需要部位，也可在人體內(nèi)實施顯微注射將藥直接注射到產(chǎn)生病變的細胞內(nèi)，達到最快最好的療效。同時，

7、納米醫(yī)用機器人還可以對人體進行定期的健康檢查。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用3、納米醫(yī)用機器人和完全可控的體內(nèi)顯微手術(shù) 有人預測，在1020年后第一個牙科用納米機器人將被制造出來，它可以精確的控制牙痛，并在一次門診中就實現(xiàn)用組織培養(yǎng)的整體牙進行換牙治療，或者在納米尺度上迅速精確的實現(xiàn)牙組織的修復，或?qū)崿F(xiàn)永久的脫敏，或在一次門診中就完成正牙治療，或通過共價解和鑲上寶石般的琺瑯質(zhì)，或長久的保持口腔衛(wèi)生。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用3、納米醫(yī)用機器人和完全可控的體內(nèi)顯微手術(shù) 隨著人類基因組計劃的成功實施，不斷破譯人類基因的遺傳語言，搞清楚基因機構(gòu)

8、與功能之間的內(nèi)在關(guān)系，從而明確生命起源和進化的過程以及細胞的發(fā)育、生長與分化的分子機理，最終找出人類各種疾病發(fā)生的真正原因。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用 4、研制出可以攻克和殺死任何腫瘤細胞和病毒的特效藥物 在不斷揭示人類疾病原因的基礎上，應用納米技術(shù)，將研制出各種特效藥物，直接殺死任何腫瘤癌細胞和病毒，完全修復受損的人體細胞組織。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用 4、研制出可以攻克和殺死任何腫瘤細胞和病毒的特效藥物 應用納米技術(shù)，將藥物顆粒達到比細菌小得多的納米級（25nm），完全可以進入細菌內(nèi)與他們的酶直接結(jié)合，將細菌直接殺死。因為細菌沒

9、有時間也不可能去改變基因來適應它，從而也就不會產(chǎn)生耐藥性。而且，這種藥物完全可以透過皮膚、血管，效果明顯，對深層感染也有效。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用 4、研制出可以攻克和殺死任何腫瘤細胞和病毒的特效藥物 安信納米公司推出的“光譜速效納米抗菌顆?！保捎谒鼰o毒、無味、無刺激性、無過敏反應，速效、長效，已通過中國科學院、中國醫(yī)學科學院等多家權(quán)威機構(gòu)檢測，進入規(guī)模化生產(chǎn)階段，在數(shù)十家大醫(yī)院臨床應用。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用 4、研制出可以攻克和殺死任何腫瘤細胞和病毒的特效藥物 藥物制劑的給藥途徑與方法對藥物的作用至關(guān)重要。口服給藥要受

10、到兩種首過效應的影響，即胃腸道上皮細胞中酶系的降解、代謝及肝中各酶系的生物代謝。許多藥物很大一部分因首過效應而代謝失效，如多肽、蛋白類藥物、-受體阻滯劑等。為了提高藥物的利用率和療效以及降低藥物的副作用，最理想的方法就是向病灶定向、定量、定時給藥。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用5、納米載體藥物 納米藥物載體的研究就能有效的解決這些問題，納米藥物載體主要有納米磁性顆粒、高分子納米藥物載體、納米脂質(zhì)體、納米智能藥物載體等。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用5、納米載體藥物二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用5、納米載體藥物v 張德

11、陽等人開展了磁性納米顆粒治療肝癌的研究，研究內(nèi)容包括磁性阿霉素白蛋白納米粒在正常肝的磁靶向性、在大鼠體內(nèi)的分布及對大鼠移植性肝癌的治療效果等。結(jié)果表明，磁性阿霉素白蛋白納米粒具有高效磁靶向性，在大鼠移植性肝腫瘤中的聚集明顯增加，而且對移植性腫瘤有很好的療效。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用6、基因治療 國際人類基因組計劃的成功實施和超過預想的研究進度，使得人類對自己的遺傳機理有了更加清楚的認識，對基因和疾病之間的關(guān)系有了更深層次的了解。因此，直接根據(jù)基因的變化，從根本上治療人類疾病的“基因治療”方法得到了飛速的發(fā)展，成為眾多科學家追逐的研究方向，是具有廣闊的前景的醫(yī)療

12、應用技術(shù)。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用6、基因治療 與此相關(guān)的生物和醫(yī)學研究機構(gòu)及其相應的產(chǎn)業(yè)部門都把“基因治療”視為開發(fā)生命科學、生物技術(shù)、醫(yī)療手段、試劑與藥物等方面極具潛力和商機的非常重要的領域。僅到1998年，全世界就有22個國家和地區(qū)批準實施了近240個“基因治療”的臨床實驗計劃，其中我國有2個實驗計劃，近3000位病人接受著這種治療。目前，正在進行的“基因治療”實驗研究計劃難以數(shù)計。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用6、基因治療 對基因治療來說，其實質(zhì)就是用人工合成的方法，根據(jù)基因的標準樣本，制造出一個目的基因，供治療使用。所以，基

13、因治療的主要目標就是用“好”基因去取代“有毛病”的基因，糾正人體基因的缺陷，達到治療的目的。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用6、基因治療 要真正實施基因治療必須解決三大關(guān)鍵技術(shù)：u一是人工合成在基因治療中所需要的“好”基因；u二是研制能將 “好”基因送到人體內(nèi)的運載工具；u三是尋找到人體內(nèi)能夠接受“好”基因的細胞。 只有上述三大關(guān)鍵技術(shù)有了突破，真正解決，才能使基因治療的效果更好，治愈率更高，更加安全可靠。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用7、納米技術(shù)在克隆技術(shù)中的應用 目前，科學家們已經(jīng)不再為能克隆出某種動物而激動，而是將研究重點放在了克隆成功率低下原因的探討以及如何提高成功率等方面。二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技在醫(yī)學方面的應用7、納米技術(shù)在克隆技術(shù)中的應用 克隆技術(shù)主要包括供體母細胞和受體細胞的選擇（轉(zhuǎn)基因動物的克隆還包括外源基因的選擇和重組）、供體細胞核的分離和時期的選擇、受體細胞的去核、核卵融合、胚胎的形成和種植、胚胎在母體動物體內(nèi)的發(fā)育、克隆動物的生產(chǎn)等。如果在這些過程中應用納米技術(shù)，也許能夠解決很多用生物學、物理和化學等傳統(tǒng)方法無法解決的問題。 二、納米科技在醫(yī)學方面的應用二、納米科技