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對十年后的納米生物技術做全景掃描 (2004-09-16)

發布時間:2007-12-04 作者: 來源:科學網 瀏覽:1239
  10年以后,到醫院看病可能和今天有很大不同。不同在哪兒?你可以設想一些小顆粒能在身體內部“對付”癌癥,如同“智能炸彈”的藥物能夠“引爆”病灶,隨后一些結構優化的“腳手架”又會引導組織再生。   這些并不只是美妙的遐想。在一些實驗室,小的科技孵化公司,還有大型制藥公司,研究人員發現,上述設想能夠實現??至少在實驗室動物身上和組織培養皿中如此?,F在他們正致力將這些成果推向實用化的治療階段。但是從老鼠到人決不那么簡單,很多在老鼠身上“確保無虞”的治療方案卻嘗到了人體試驗失敗的苦果。   納米技術當然不囿于醫學,專家描繪的藍圖是,它將改變各個產業的面貌。納米技術簡直成了一場國際撲克游戲,各國都在納米技術研究方面投下越來越多的賭注。   然而,開發應用納米技術其路仍然漫漫。除了已經推出的一些防污織物外,今后若干年內大多數公司都還不會生產商業化的納米技術產品。IBM公司研究部物理科學主管湯姆?特伊斯認為,納米技術的商業化要發展到像英特爾、IBM或者微軟這些大公司的水平,至少還需要幾十年。   這其中,技術難題并不是惟一的障礙。公眾在納米技術對環境和健康的影響方面所持的憂慮也是研究者所必須面對的。納米生物技術帶來了福音,也有可能為禍?!叭魏螘r候,材料應用到人體這樣的復雜系統,總是會有多重效應。”美國密執安大學安阿伯分校納米生物技術中心主任詹姆斯?貝克爾說。   為了防止“反納米”潮流的泛濫,很多研究者不單單埋頭于納米技術本身的研究,一些相應的毒理學研究也已經開展,其他更為深入的研究還將繼續展開。同時,基于安全研究,有人提出納米研究應該更加謹慎,而將毒理程序列入考察范圍也將使一些有潛力的材料在接近臨床階段時被“叫?!?。   這里,我們對納米生物材料研究現狀作一大致掃描,也許能從中窺見未來納米技術是沉是浮的蛛絲馬跡。   醫學治療   一些納米生物技術公司將目光瞄準醫療市場。以美國休斯敦的C60公司為例,它致力于“富勒烯”納米材料的開發。作為包含60個碳原子的空殼結構,富勒烯(也稱巴基球)在醫療方面頗具潛質。最顯著的一點是“富勒烯有望作為細胞內外強效的抗氧化劑”。公司總裁儒斯?萊伯維茨說。一些神經退化疾病以及通常的衰老過程,都與氧化過程造成的損害有一定關系。通常的富勒烯并不具有生物相容性,C60公司正努力改造它的結構以開發“下一代小分子抗氧化劑”。該公司正與另一家公司聯手研發此類藥物,但萊伯維茨說,人體試驗最快也在兩年之后。   另外,納米譜生物科學公司和特里登生物系統公司正在進行癌癥的熱療研究。兩家公司的戰略核心都是利用被外部能量激發的納米金屬粒子去加熱并摧毀周邊的腫瘤,他們的研究都顯示出了積極的前景。   藥物輸送   在藥物輸送的競技場上,多家公司爭相開發藥物封裝技術以減少藥的毒副作用,提高藥物的生物利用率和增加藥物的溶解性。據報告,未來5年,美國約28種藥物的專利保護將到期,對專利擁有者而言這意味著損失460億美元的收入。   而延長專利有效期的辦法之一,就是改變已有藥物的封裝形式。納米技術因此備受制藥工業的青睞,這其中包括愛爾蘭艾倫公司的“納米晶”技術,法國弗萊梅爾公司的“水母”技術??一種自組裝聚氨基酸納米粒子體系,以及美國樹枝納米技術公司的“樹枝狀納米材料”技術。這些方法都能增加藥物針對性,具有緩釋功能從而增加藥效時間。   組織重建   納米技術服務的另一個領域是組織重建。在美國西北大學先進醫學生物工程和納米科學研究所,所長薩姆?史都普的實驗室開發出了一種自組裝液體,注射到體內即可凝固,形成一種類似于“腳手架”的結構,能向細胞發出有序的生物學信號(如縮氨酸),引導組織重建。   這一材料的關鍵是由兩個親縮氨酸構成的直徑6~8納米的圓柱狀長納米纖維。今年2月份發表的試驗結果表明,這種“納米腳手架”可以引導神經祖細胞選擇性分化為神經細胞,這一成果有望發展新的治療中樞系統癱瘓的方法。史都普小組的其他研究還包括利用納米生物技術進行小島移植和骨髓再生等?!拔蚁嘈偶{米技術在再生醫療領域的應用將十分活躍,”史都普說,“現在納米技術還比較昂貴,所以還有很多成本難題需要解決。然而,對于治療癱瘓和恢復失明而言,再昂貴的技術也是值得的?!?   診斷成像   診斷和治療也許同樣重要。北溪公司以納米技術為平臺開發了一種耐甲氧西林金黃葡萄球菌的快速檢驗方法。使用目前的標準方法,檢驗結果要在48~72小時以后才能出來,而使用新方法,樣本經過初級培養后1小時就可出結果,而下一代化驗方法則是直接化驗樣本就可出結果。這種分子診斷模式運用了一種三明治型的化驗模式,利用低聚核苷酸吸附特定靶標的核酸,再吸附帶有低聚核苷酸的納米金粒子,通過銀沉淀反應,可將信號強度放大1000到10000倍。北溪公司計劃2005年初將此產品投放市場。   一些研究者最近將一種稱為“量子點”的納米粒子應用于動物活體成像。量子點通常是納米級的硒化鎘或硒化鉛半導體晶體,具有可控的光學性質。通過改變其直徑,這種晶體就可以吸收或釋放不同波長的光。量子點可以由單一光源激發,傳統的熒光顯微方法則因為有機熒光團各具不同的吸收譜而需要多重激光光源,同時,量子點也比有機染料更亮,不出現光褪色現象,發射譜也更窄,這些都構成了量子點在成像方面的優勢。相比之下,復雜的熒光顯微方法就顯得落伍了。   在這一領域,科學家們盡管獲得了一些積極進展,如哈佛醫學院的約翰?弗朗吉歐尼和同事用量子點查找活老鼠前哨淋巴結的研究,但是,量子點在很長時期內還只能在經過培養的細胞和組織中“一顯身手”,動物實驗當然也可以繼續開展,但該技術最終能否用于人體,目前還不可知。   安全擔憂   因為量子點和其他所有納米粒子一樣,可能招致人體健康的潛在風險。今年4月,美國南衛理公會大學兩位研究人員在美國化學會全國會議上報告說,水溶性富勒烯分子能造成黑鱸魚大腦損傷。這一結論讓整個納米技術界為之驚觫。媒體也推波助瀾,大加報道,盡管該研究還非常初步,當時甚至還未經過同行評議。對其他納米粒子的質疑也存在,如樹枝狀納米材料會造成滲透性破壞,甚至導致細胞膜破裂。   美國國家環境健康科學研究所環境毒物學部執行主任約翰?布徹爾說,“納米材料的作用既不像粒子也不像化學品,它們的性質既是中間的又是獨特的,對于這一點,我們剛剛開始去探究?!痹撗芯克罱鼏恿酸槍α孔狱c、二氧化鈦納米粒子以及巴基球等安全性的一系列研究。作為負責人的布徹爾介紹,研究將集中于三個問題:納米材料表面的涂層和化學物質對粒子行經的身體部位的影響;納米粒子的免疫特性以及它們的毒理效應。   公眾誤解   布徹爾說,這些研究結果將有助于指導開發更安全的納米產品。然而今年在美國和英國進行的調查表明,公眾對于納米技術以及科學家為保證納米技術安全所做的努力都知之甚少。   美國北卡羅來納大學所做的全國調查表明,超過80%的美國人幾乎或全然不知納米技術為何物,英國皇家學會和皇家工程院今年3月聯合提交的一份調查報告指出,只有29%的受訪者聽說過納米技術,僅有19%的人能夠給出一個不管精確與否的定義。但另一方面,被調查者對納米技術的態度是積極的。美國有40%的人認為納米技術利大于弊,持相反觀點的人只有22%。在能給出納米技術定義的人中,68%的人預言納米技術將提升人類未來,只有4%的人認為納米技術會使事情變糟。   這一樂觀情緒當然得到納米專家的熱烈回應。IBM公司研究部物理科學主管湯姆?特伊斯表示,對于經濟領域而言,信息技術的年產值是1萬億美元。而納米技術的利益將延伸到生命科學和醫學領域甚至各個工業領域,制造業也將加入此項技術?!斑@將帶來多大效益?它簡直就是一切!”特伊斯說。
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