納米生物材料課件

1、納米生物材料與腫瘤治療XXXXXXXXXX目錄納米生物材料發(fā)展進(jìn)展 高發(fā)疾病的分布 腫瘤的治療 納米技術(shù)治療腫瘤的進(jìn)展 4123納米生物材料發(fā)展進(jìn)展 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度 納米技術(shù)的核心是利用納米材料的特殊性能,來(lái)實(shí)現(xiàn)目前普通材料所不達(dá)到的功能和用途。納米材料的特殊性能小尺寸效應(yīng)表面和界面效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)量子隧道效應(yīng)納米材料諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Feynman預(yù)言: “如果我們能對(duì)細(xì)微尺寸的物體加以控 制的話,將極大的擴(kuò)充我們所獲得的物 性的范圍?！睅资昙{米科技的發(fā)展

2、歷程,以其不爭(zhēng)的事實(shí)一次又一次 證明了納米材料作為材料科學(xué)的“領(lǐng)軍”之一,推動(dòng)了材料 科學(xué)的飛速發(fā)展,掀起了一輪高過(guò)一輪的研究熱潮,被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。納米材料的應(yīng)用在催化方面的應(yīng)用 納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化 劑很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 正在研制的生物芯片具有集成、并行和快速檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，已成為納米生物工程的前沿科技，將直接應(yīng)用于臨床診斷，藥物開(kāi)發(fā)和人類(lèi)遺傳診斷。精細(xì)化工方面的應(yīng)用 精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類(lèi)生活的方方面面。在橡

3、膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。納米材料的應(yīng)用在國(guó)防科技種中的應(yīng)用 納米探測(cè)系，新型納米材料武器、由納米微機(jī)械系統(tǒng)制造的小型機(jī)器人、納米衛(wèi)星、納米材料隱身等技術(shù)的應(yīng)用備受關(guān)注。 納米技術(shù)將對(duì)國(guó)防軍事領(lǐng)域帶來(lái)革命性的影響其他領(lǐng)域 納米材料還在諸如海水凈化、航空航天、環(huán)境能源、微電子學(xué)等其他領(lǐng)域也有著逐漸廣泛的應(yīng)用，納米材料在這些領(lǐng)域都在逐漸發(fā)揮著光和熱。細(xì)胞分離方面細(xì)胞內(nèi)部染色方面生物標(biāo)記方面組織工程方面納米藥物載體及藥物釋放方面醫(yī)用抗菌材料方面納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用在組織工程方面的應(yīng)用 通過(guò)模擬天然的細(xì)胞外基質(zhì)-膠原的基本結(jié)構(gòu)而制成的富含納米纖維的生物可降解納米材

4、料，在組織工程支架材料方面具有十分重大的意義 在納米藥物載體及藥物控釋方面的研究納米粒子由于其納米級(jí)別的尺寸，往往可以在組織間隙自由穿透。因此，通過(guò)利用納米粒子獨(dú)特的理化性質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)靶向、緩釋等治療手段，實(shí)現(xiàn)高效、低毒的治療效果。 在醫(yī)用抗菌材料方面的應(yīng)用 納米抗菌材料是將無(wú)機(jī)抗菌劑采用高科技的納米技術(shù)處理，使其具有更廣泛、卓越的抗菌殺菌功能。納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用21世紀(jì)困擾人類(lèi)的高發(fā)疾病糖尿病 糖尿病是一種嚴(yán)重危害人類(lèi)健康的疾病。據(jù)資 料統(tǒng)計(jì)：世界上糖尿病的發(fā)病率為3%5%，50歲以上的人均發(fā)病率為10%。在我國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們飲食結(jié)構(gòu)的改變以及人口的老齡化，糖尿病患者的數(shù)量

5、迅速增加。心腦血管疾病據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有1200萬(wàn)人死于心腦血管疾病，占死亡總?cè)藬?shù)的13。我國(guó)每年心血管疾病死亡者占因病死亡總?cè)藬?shù)的40.7。其比例遠(yuǎn)高于人類(lèi)大敵癌癥，居各類(lèi)死因之首。2009年11月12日心臟病癌癥 目前，癌癥已經(jīng)成為威脅我國(guó)居民生命健康的主要?dú)⑹?，我?guó)每年新發(fā)癌癥病例200萬(wàn)人，因癌癥死亡人數(shù)為 140萬(wàn)；我國(guó)居民每死亡5人中，即有1人死于癌癥；在全國(guó)不少大城市，惡性腫瘤已經(jīng)超越心腦血管疾病，成為第一死亡原因。中國(guó)癌癥分布圖談瘤色變觸目驚心的分布觸目驚心的分布惡性腫瘤死亡率高發(fā)癌癥介紹癌癥給全世界帶來(lái)巨大損失 近幾年來(lái)癌癥的發(fā)病率越來(lái)越高，無(wú)論是普

6、通市民還是社會(huì)名人很 都死于癌癥。著名中央主持人羅京死于淋巴癌 “香港女兒”梅艷芳死于乳腺癌“好人傅彪：死于肝癌 蘋(píng)果前總裁喬布斯死于胰腺癌腫瘤腫瘤是機(jī)體在各種致癌因素作用下,局部組織的某個(gè)細(xì)胞在基因水平上失去對(duì)其生長(zhǎng)的正常調(diào)控,導(dǎo)致其克隆性異常增生而形成的新生物。腫瘤細(xì)胞腫瘤細(xì)胞的顯著特征腫瘤細(xì)胞有三個(gè)顯著的基本特征即： 不死性 遷移性 失去接觸抑制 幾種常見(jiàn)的癌細(xì)胞外科治療（Surgery）外科治療（Surgery）： 通過(guò)手術(shù)的方法將腫瘤病灶清除達(dá)到治療目的，是腫瘤治療中最古老的方法之一。手術(shù)切除腫瘤對(duì)大部分尚未擴(kuò)散的腫瘤常可通過(guò)手術(shù)治愈，同時(shí)手術(shù)可以了解腫瘤的正確部位，得到正確的分期，

7、從而指導(dǎo)進(jìn)一步的治療。 對(duì)于大多數(shù)早中期的惡性腫瘤患者來(lái)說(shuō)手術(shù)是首選的治療方法，給許多腫瘤患者帶來(lái)長(zhǎng)期生存的希望。手術(shù)切除是確診腫瘤患者首先考慮的治療方法，它的優(yōu)勢(shì)：是局部快速切除腫瘤組織，見(jiàn)效快。以下缺點(diǎn)：容易對(duì)患者造成新的創(chuàng)傷；容易遺漏微小病灶或轉(zhuǎn)移病灶；部分正常組織切除可能留下后遺癥；無(wú)法防止癌細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及消滅循環(huán)血中的癌細(xì)胞；當(dāng)腫瘤浸潤(rùn)范圍太大或侵犯重要臟器和大血管時(shí)往往不能手術(shù)，或?qū)嵤┦中g(shù)也不能治愈。 所以并不是所有的惡性腫瘤都適合手術(shù)治療。 放射治療（Radiotherapy，RT）通過(guò)高能電磁輻射線來(lái)殺死腫瘤細(xì)胞，達(dá)到治療腫瘤的目的，簡(jiǎn)稱(chēng)放療。據(jù)統(tǒng)計(jì)大約 6070%的惡性腫瘤

8、患者在病程不同時(shí)期，因不同的目的需要接受放射治療?；瘜W(xué)治療（Chemotherapy） 化療：用化學(xué)藥物治療惡性腫瘤。多種化學(xué)藥物作用于細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖的不同周期，抑制或殺滅腫瘤細(xì)胞，達(dá)到治療目的。 對(duì)于中晚期的患者，由于腫瘤細(xì)胞的廣泛轉(zhuǎn)移，給手術(shù)和放療造成了困難，因此藥物治療就成為主要的手段。然而化療為所采用的藥物都是有害的，甚至有毒性的，對(duì)正常細(xì)胞和組織也有傷害。它的優(yōu)勢(shì)是全身減輕腫瘤負(fù)荷，見(jiàn)效快，缺點(diǎn)是副作用大，出現(xiàn)脫發(fā)、嘔吐等，造成免疫系統(tǒng)損傷。 腫瘤的治療傳統(tǒng)治療模式基本著眼于直接殺傷腫瘤細(xì)胞,常難以徹底消滅腫瘤細(xì)胞,又易損傷正常組織,特別是傷害在抗腫瘤機(jī)制中占重要地位的機(jī)體免疫系統(tǒng)。生

9、物治療是腫瘤治療的第四種模式,主要通過(guò)腫瘤宿主防御機(jī)制或生物制劑的作用,以調(diào)節(jié)機(jī)體自身的生物學(xué)反應(yīng),從而抑制或消除腫瘤。生物治療近年來(lái)風(fēng)靡全球的分子靶向治療更是生物治療的成功范例造血干細(xì)胞移植是生物治療的另一個(gè)亮點(diǎn)。生物治療的特點(diǎn)： 能有效清除微小病灶和殘余腫瘤細(xì)胞、增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、增強(qiáng)放、化療的敏感性、無(wú)明顯毒副作用。生物治療也有以下局限：在大多數(shù)情況下，生物治療只對(duì) 1 cm 以下的腫瘤有一定效果，所以宜在腫瘤負(fù)荷較小的情況下使用。生物治療的適用范圍比較小。生物治療通常只針對(duì)特定的幾種或某一種腫瘤。生物治療價(jià)格昂貴且副反應(yīng)較大。生物治療的發(fā)展前景 生物治療應(yīng)用于臨床的時(shí)間較短，其在治療惡

10、性腫瘤中的地位還比不上手術(shù)、放療和化療等方法，仍處于輔助治療或配角地位。但是隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，生物治療在臨床運(yùn)用逐漸增多，并取得令人滿意的結(jié)果，其地位日趨重要。 現(xiàn)在腫瘤治療過(guò)程一般采用兩種或兩種以上的治療手段聯(lián)合，強(qiáng)調(diào)有計(jì)劃的綜合治療，根據(jù)病種病期制定科學(xué)的綜合治療計(jì)劃，力爭(zhēng)達(dá)到最好的治療效果。個(gè)體化治療是腫瘤治療的終極發(fā)展目標(biāo)。腫瘤的治療一般分為兩個(gè)階段:第一階段是減瘤,腫瘤體通過(guò)傳統(tǒng)的治療手段,如手術(shù)、放療或化療最大程度地消除腫瘤細(xì)胞第二階段是維持,采用某種方法使腫瘤不再?gòu)?fù)發(fā)這兩個(gè)階段都很重要。在第一階段傳統(tǒng)的治療手段發(fā)揮主要作用,但在第二階段的治療中往往效果不好,而生物治療則非常

11、適合第二階段的治療傳統(tǒng)腫瘤治療方法的不足手術(shù)切除目前只是在早期的實(shí)體瘤方面有一定的治療效果,但是對(duì)于處于中晚期的惡性實(shí)體腫瘤和白血病等非實(shí)體瘤來(lái)說(shuō)均無(wú)法發(fā)揮作用 放療與化療雖然對(duì)惡性腫瘤具有一定的治療效果,但是這兩種治療方法均具有較大的毒副作用,不可能進(jìn)行無(wú)限期的使用。放療在產(chǎn)生身體虛弱疲勞、皮膚敏感、脫發(fā)、厭食等副作用的同時(shí),也會(huì)使體內(nèi)殘存一些腫瘤細(xì)胞,這些腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)行癌變?cè)鲋?導(dǎo)致患者預(yù)后效果不理想?；熀苋菀资鼓[瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性,對(duì)癌癥患者的化療效果產(chǎn)生一定的影響。納米技術(shù)用于腫瘤治療根據(jù)美國(guó)國(guó)立癌癥研究院（NCI）調(diào)查表明：納米技術(shù)已經(jīng)在癌癥的預(yù)防、診斷、影像和治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大

12、的貢獻(xiàn)納米顆粒的尺寸比癌細(xì)胞尺寸小 100 倍，甚至 1000 倍，因此他們很容易通過(guò)細(xì)胞屏障。 腫瘤治療面臨的難題雖然許多國(guó)家在過(guò)去的幾十年里在抗癌研究領(lǐng)域都投入了巨額的研究經(jīng)費(fèi)，但是收效甚微。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的重要原因之一是目前仍然嚴(yán)重缺乏針對(duì)腫瘤預(yù)警與早期診斷、轉(zhuǎn)移監(jiān)測(cè)及療效預(yù)測(cè)的方法。 癌癥早期發(fā)現(xiàn)和早期診斷直接決定著其臨床治療的效果以及患者的預(yù)后。惡性腫瘤的預(yù)警與早期診斷，是惡性腫瘤臨床診療所面臨的最迫切需要解決的難題。 腫瘤臨床在體診斷的發(fā)展趨勢(shì) 在現(xiàn)有成像基礎(chǔ)上發(fā)展的多種成像模式聯(lián)合使用是今后腫瘤臨床在體診斷的發(fā)展的主要趨勢(shì)。惡性腫瘤臨床診斷生物學(xué)檢測(cè)方法惡性腫瘤臨床診斷.醫(yī)學(xué)影像學(xué)

13、方法生物學(xué)檢測(cè)方法生物學(xué)檢測(cè)方法有免疫學(xué)檢測(cè)技術(shù)、免疫組化、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)、基因芯片、蛋白芯片等醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法主要包括：核磁共振成像技術(shù)、射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)、核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)、超聲成像技術(shù)等 影像應(yīng)用解剖學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展經(jīng)歷了 X 線解剖學(xué)（X-ray Anatomy）和斷層影像解剖學(xué)（Sectional Imaging Anatomy）兩個(gè)階段并正向功能 影像解剖學(xué)方向發(fā)展。 1895 年德國(guó)科學(xué)家倫琴（Roentgen）發(fā)現(xiàn)了 X 射線并成功獲得了其夫人手骨的照片幾種常見(jiàn)影像手段的性能和特征 分子影像學(xué)傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)是物理、生理特性作為成像對(duì)比的依據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)疾病，對(duì)疾病進(jìn)

14、行定性。分子影像學(xué)（Molecular Imaging，MI）是現(xiàn)代分子生物學(xué)的技術(shù)與先進(jìn)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一門(mén)新興的邊緣學(xué)科。其一，可將基因表達(dá)、生物信號(hào)傳遞等復(fù)雜的過(guò)程變成直觀 的圖像，使可分子細(xì)胞水平上了解疾病的發(fā)生機(jī)制及特征；其二，能夠發(fā)現(xiàn)疾病早期的分子細(xì)胞變異及病理改變過(guò)程；其三，可在活體上連續(xù)觀察藥物或基因治療的機(jī)理和效果。分子影像探針?lè)肿犹结槍?duì)分子影像學(xué)影響十分重要分子探針是指能與某一特定生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA、RNA 等）具有靶向特異性結(jié)合并能夠進(jìn)行體內(nèi)或體外示蹤的帶標(biāo)記的化合物分子或材料等。分子探針大致可分為 肽類(lèi)分子探針 用化學(xué)方法合成的小分子探針 核酸類(lèi)探針

15、 納米材料探針 “智能”分子探針利用納米探針產(chǎn)熱治療腫瘤，是納米醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)之一 目前，科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多納米材料用于腫瘤的熱療，如磁性納米材料在交變磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生熱量來(lái)治療腫瘤； 在激光的照射下，碳納米管、氧化石墨烯、不同形狀的金納米材料等能將光能轉(zhuǎn)化為熱能，從而殺死癌細(xì)胞。 納米材料在分子影像中的應(yīng)用核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI） 具有安全、無(wú)創(chuàng)、高空間分辨率、多方位及多參數(shù)成像，解剖信息不受組織深度影響的優(yōu)點(diǎn)，但是很多患者在接受磁共振造影檢測(cè)前需要注射造影劑。目前，常見(jiàn)的 MRI 造影劑主要分為兩類(lèi)，即順磁性造影劑和超順性造影劑目前臨床應(yīng)用最為廣泛的是 Gd 的有機(jī)金屬配合物， 具有半衰期短，副作用大，無(wú)靶向作用的缺點(diǎn)。 而納米材料可以大大改善此性能。磁性氧化鐵納米顆粒 以其優(yōu)異的體內(nèi)安全性、腫瘤組織特異性及高磁敏感性， 已經(jīng)成為構(gòu)建新型MRI造影劑的首選材料。 CT 造影劑 目前主要是一些含碘的小分子化合物。這些造影劑在臨床使用中也逐漸暴露出一些不足。例如，低分子量的碘造影劑會(huì)被腎臟快速清除；無(wú)法與大多數(shù)的靶向性分子或腫瘤標(biāo)志物結(jié)合，造成至今缺乏基于碘的主動(dòng)靶向性 C