納米金在腫瘤診治中的應用

1、納米金在腫瘤診療中的應用姓名：學號： 專業(yè)：摘要： 納米金由于具有獨特的物理、 化學性能受到學術界的高度關注，并廣泛地應用于催化、光電、生物醫(yī)藥等領域。本文主要介紹了納米金粒子在腫瘤診斷學領域中的應用及研究進展關鍵詞：納米金粒子；腫瘤；診療劑；細胞毒性引言近年來，納米材料和納米技術越來越多地進入到臨床應用階段。這些納米顆粒通常指的是數十納米至數百納米大小的量級金納米顆粒具有非常獨特的物理、化學性質，主要表現在以下 3 個方面： (1)金納米相對安全，易于制備，穩(wěn)定性非常好；(2)具有納米顆粒所特有的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和介電效應等； (3)具有獨特的電學效應、光

2、學效應、磁學效應、催化效應和生物親和效應。 1 因此，金納米顆粒得以在生物醫(yī)學中有廣泛的應用 2 。在腫瘤的治療中，金納米顆粒相對于傳統(tǒng)藥物具有更好的穿透能力，在治療和診斷中應用的風險相對于傳統(tǒng)藥物更低。 3-4 納米顆粒的功能化是目前的研究熱點， 多功能的金納米顆粒正被開發(fā)用于腫瘤診斷和治療中。 本文總結了近幾年納米金在腫瘤診斷中的應用研究情況，并進行了簡單的評述。1、納米金概述1.1 金納米粒子的形狀與性質。金納米粒子因其不同的形狀和大小表現出獨特的物理和化學性 質。第一，金核基本上是惰性的和無毒的。第二，金納米的合成相對 容易，且直徑范圍可控，常為1150。第三，不同性質、尺寸的金 納米

3、可以控制藥物在不同部位的釋放，成為良好的藥物載體。目前已經開發(fā)出各種形狀的金納米顆粒以應對不同的治療需求。金納米球（）是由氯金酸還原產生的金納米顆粒， 直徑范圍在1到大于100 ,主要 用于成像和放射增敏。金納米殼（）是球形結構，其結構包括二氧化硅 的核心和薄層金外殼，直徑范圍在50-150。可以通過改變核心直 徑和殼壁厚度來調整其光學性質。金納米棒（）通常是利用十六烷基三 甲基澳化鏤（）作為穩(wěn)定劑，通過氯金酸在金種子上反應合成5。的吸收波長具有兩個峰，取決于光在其縱向和橫向上的等離子體共振。的 大小通常在25 200 ,可以通過改變這些粒子的長度與直徑的比（即 縱橫比），從而改變它們的吸收峰

4、波長。另外還有一些其他形式的金 納米顆粒，如金納米籠（）和空心的金納米球（）等6-7。目前，金納米顆粒已經被用于腫瘤脈管系統(tǒng)成像，可以對潛在腫瘤的診斷提供依據。 此外， 也有研究表明利用納米材料的可修飾特性 設計與腫瘤特殊蛋白分子特定結合的藥物，增強藥物靶向性和療效，減少毒副作用。金納米顆粒在腫瘤的治療上有潛在的巨大優(yōu)勢。1.2 金納米粒子的形狀與等離子共振現象研究表明，金納米粒子在一定情況下會產生表面等離子共振 ()現象8，且該現象強烈依賴于金納米材料的形狀由于球形納米金粒子()結構上的對稱性，表現為等方向性，在紫外可見光譜上出現 520530 處的單一吸收峰。但是，隨著形狀的改變，也體現一

5、定的差異性，例如：小粒徑在分散狀態(tài)下吸收帶比較窄，處于 520 附近，呈現紅色；對于納米金棒()而言，電子既可以沿著棒的寬端(即橫向)吸收峰，也可以沿著棒的長端( 即縱向)吸收峰振動，因此，可以觀察到2個主要的隨著徑長比可調的等離子吸收峰， 即： 的橫向吸收峰基本保持不變，而縱向峰位置則取決于它的徑長比，且隨著徑長比的增加，縱向吸收峰逐漸紅移，其最大波長可在6001600之間調節(jié)，溶液的顏色也相應呈現為紅色、藍色、綠色或褐色等。聚集或沉淀后，吸收帶從 520 紅移至 574 ，呈現紫色或綠色。有2個吸收峰： 1個位于可見光 520 區(qū)域，另 1 個位于 800 近紅外區(qū)域，恰好生物組織以及體液

6、對這一波段光的吸收和散射最少， 光透性最高， 呈現相對透明的特征，近紅外光不僅能夠穿透并能進入深部組織達10 ，為吸收近紅外光應用于腫瘤診療提供了理論依 據 9。2 、納米金在腫瘤診治領域中的應用不同形貌納米金如： 10-12 、核殼型納米金球() 13 、金納米籠 ( )14-15 星型納米金() 16-17 金納水管 ( ) 18-19 等，這些是最有可能應用于生物醫(yī)學的，主要是因為：納米金有較長的體循環(huán)時間：通過特定的表面改性， 使納米金可以選擇性積聚在特定靶點； 納米金具有很大的吸收作用在用于光熱治療的近紅外窗口 易于進行簡單功能化(如用修飾)和結構特點使得其作為納米載體運載藥物、或等

7、。2.1 納米金在腫瘤診斷中的應用2.1.1 比色測定法腫瘤細胞和正常組織細胞的區(qū)別之一是細胞代謝活動的不同。 例如，在肝癌細胞、乳腺癌細胞或黑色素瘤細胞中，蛋白激酶( C )不是過量表達， 就是具有異常活性。 該酶能使特異性底物肽發(fā)生磷酸化作用 導致底物肽攜帶的凈電荷發(fā)生變化。 當底物肽和納米金混合時，納米金膠體的穩(wěn)定性受到底物肽磷酸化前后所含凈電荷的影響，納米金表面電荷層被底物肽的大量凈電荷破壞，將導致膠體聚集變藍， 通過納米金是否聚集可間接判定蛋白激酶的活性或表達量， 從而可以區(qū)分腫瘤細胞和正常組織細胞。 基于此原理研究的比色測定方法可區(qū)別人正常乳腺細胞和乳腺癌細胞。 結果表明， 所有的

8、正常細胞由于所含活性低，都未能使底物肽磷酸化從而引起納米金聚集發(fā)生變色；腫瘤細胞樣品中， 活性高的都能使底物肽磷酸化導致凈電荷減少，磷酸化的底物肽和納米金混合后，可以很好地穩(wěn)定納米金溶膠，因而通過比色測定法可以簡單快速地別腫瘤和正常細胞 20 。在實際應用于乳腺癌細胞測定中， 由于其的活性具有很寬的范圍， 該研究從18份陽性樣品中僅檢出12份，結果的準確度還有待提高，而對于其他實體瘤的檢測還需要有更多的研究。 21-22 等初步研究了用金硅復合納米粒子分辨腫瘤細胞和正常卵巢細胞， 但這種探索方法的準確度同樣有待提高?？梢?，比色測定方法雖然簡單易行，但應用于腫瘤診斷的研究才剛剛開始，如何發(fā)揮該方

9、法簡單、快速、成本低的優(yōu)勢，仍需要進行更多的研究。2.1.2 體外成像測定法納米金粒子體外顯影腫瘤細胞， 一方面可以證明納米金在檢測腫瘤細胞及對腫瘤細胞成像或殺死腫瘤細胞方面的能力， 另一方面可以研究納米金和腫瘤細胞作用的機制，為體內診斷腫瘤做出前期探索。利用納米金粒子在可見光譜區(qū)成像或治療癌癥只能應用于皮膚或表面型的癌癥。 如對大部分的體內實體瘤光學成像， 需要在近紅外光譜區(qū)（7802526 ,尤其是近紅外短波7801100）進行，在此波長下，光對血紅素和水有最大的透射比， 光能穿透組織幾厘米深23 ） 。 改變金納米粒子的尺寸、形狀、 組成或進行表面修飾，可使納米粒子在近紅外光譜區(qū)具有很高

10、的表面等離子體共振吸收和散射能力， 將金納米粒子連接特異性的生物靶向分子， 金納米粒子就可以成為腫瘤成像的一種非常有效的顯影劑 24 。 10球形納米金顆粒在520 波長處有一最大吸收峰，當增加納米金顆粒到 70 左右，最大吸收峰值僅遷移到約650 處， 表明調節(jié)納米金顆粒尺寸來改變其表面等離子體共振波長非常限， 如改變納米金顆粒的形狀和組成， 則可以很好地控制納米金的最大吸收峰25-26 。 如合成棒形納米金顆粒， 改變棒狀納米金的縱橫比，可使其表面等離子體共振峰從600 移至 1100 27 ，而合成金硅復合納米粒子，改變外層納米金殼的厚度，也可調節(jié)最大吸收峰波長28 。29 研究了表面修

11、飾有抗體的棒狀納米金對人口腔鱗癌細胞和正常細胞成像和對癌細胞的殺傷作用， 在暗場顯微鏡下觀察， 能清晰地分辨細胞。 等30 也證明用多層帶電聚合物包裹的棒狀納米金是一種很好的腫瘤成像造影劑。這些都表明棒狀納米金是非常有前途的光學造影劑。 其他形狀的納米金顆粒對腫瘤細胞的成像也有諸多報道， 如空心納米金球對乳腺癌細胞7細胞系的成像31 金納米籠對乳腺癌細胞的顯影 32 、金納米立方體對人肝癌細胞成像33 、復合納米金粒子對膀胱癌 2的成像 34 ，這些研究說明不同形狀或組成的納米金顆粒也都可以用來成像診斷， 但成像效果和對特定癌癥細胞的特異性識別等還需要更多的研究2.1.3 體內成像測定法體外研

12、究表明納米金粒子能夠很好地對癌癥細胞成像， 對于體內光學成像和光譜測定，面臨的主要挑戰(zhàn)是動物組織對光的吸收和散射致使光穿透深度有限，難以進行內部組織的顯影成像。因而迄今的研究主要集中在近紅外光譜區(qū)對荷瘤小鼠體內的腫瘤進行診斷和治療。等35 報道了以表面增強拉曼散射(， )的方法靶向定位和測定小鼠荷人頭頸部腫瘤， 表明化的納米金粒子具有很高的穩(wěn)定性， 增強分子的拉曼散射信號的效率達10 15 倍左右，最終能夠探測小鼠體內很小型的腫瘤(0.03 3 。 ) 。 體內顯影腫瘤關鍵是定位腫瘤并保持腫瘤部位顯影的信號強度。研究發(fā)現，化的納米金顆粒、納米金籠和納米金棒都具有很好的穩(wěn)定性、 生物相容性和生物

13、分散性， 而且能通過增強的滲透保留效應，在腫瘤部位大量累積。在近紅外光譜區(qū)，這些金納米結構都具有合適的局域表面等離子體共振峰， 因而能夠清晰地顯影腫瘤組織。 35-372.2 金納米顆粒在腫瘤治療中的應用2.2.1 金納米作為藥物載體金納米作為藥物載體可提高藥物的藥代動力學， 從而減少非特異性的副作用并實現更高劑量的靶向給藥。 該有效載荷可以是小分子藥物或大生物分子如蛋白質、 或 。 金納米偶聯(lián)西妥昔單抗和吉西他濱，在高表達的胰腺癌細胞中已被證實具有較高的靶向性。 等利用檸檬酸還原法制備了直徑2100的金納米顆粒并偶聯(lián)曲妥珠單抗，研究結果提示，在2 陽性的一3乳腺癌細胞中表現出了良好的靶向性，

14、且細胞對于4050直徑的金納米顆粒胞吞作用較明顯，而小直徑的金納米顆粒則傾向于從細胞膜分離。2.2.2 金納米在熱療中的應用熱療治療機制涉及細胞在4247 c的熱應激反應，造成細胞活化和（或 ）細胞內外降解機制的啟動。熱療對于細胞內和細胞外的影響包括：蛋白質的錯誤折疊和聚集，信號轉導的改變，誘導細胞凋亡，的變化，減少了灌注和腫瘤氧合等 。金納米顆粒如或對于近紅外光（波長650900 ） 16的吸收和散射有明顯的優(yōu)勢。當暴露于電磁輻射時， 特別是近紅外光， 金納米可以通過表面等離子體共振效應產生熱量。由于金納米顆粒的吸收波峰值在可見光范圍內（450600 ）,故正常組織對近紅外光的吸收量極少。

15、利用近紅外激光照射刺激金納米粒子可以誘導熱療，而且?guī)缀醪粫p傷正常組織。因此，金納米介導的光熱療法與傳統(tǒng)的腫瘤治療方法相比具有特異性強和創(chuàng)傷小的優(yōu)勢。3 . 結語金納米結構具有獨特的理化特性，一直是腫瘤診治研究中的熱點， 尤其是在檢測各種腫瘤標志物和作為顯影劑對腫瘤進行顯影成像的研究中，更是研究人員關注的焦點。對于探索更加簡潔、快速、大規(guī)?；姆椒ㄖ苽浜线m形狀的納米金，還需進行更加深入的研究。各向異性的具有優(yōu)越的光學和催化性能，但是困擾各向異性廣泛應用的重要因素是其制備效能、重現性、靶向性和毒性。目前常用有毒的穩(wěn)定劑實現一維結構的控制生長，因此，尋找可替代性，無毒穩(wěn)定劑，實現納米結構可控是一個

16、富有挑戰(zhàn)性的課題。納米金在體內的代謝情況以及納米金對正常細胞活動的影響，尤其是對基因表達或調控的影響也有待更多的研究。 同時， 由于腫瘤內部高度的各向異性以及持續(xù)的變化性、 不同腫瘤表達水平的不同、 原發(fā)腫瘤與轉移腫瘤的區(qū)別以及腫瘤自身生長變化及給藥后腫瘤的變化等原因， 需要對納米金顆粒的尺寸大小在腫瘤微環(huán)境中的行為影響有更細致的研究。以后研究思路可能是針對每一個特定腫瘤篩選出對其治療效果 最佳的納米顆粒。在篩選過程中需要充分利用腫瘤微環(huán)境的生化性質，如低值，外部的力量包括電刺激、磁場、超聲、熱和光， 同時也應該考察修飾的配體帶來的納米金尺寸及細胞攝取效率的變化。參考文獻1張姍姍，薛玉英納米金

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