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科技展望:纳米医学的崛起

发表时间:2007-8-23 编辑:admin 作者:admin 来源: 页面功能: 【打印】 【关闭
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日本科学家宣称,不必等太久的时间,医生将能够根据患者的病情,将特制制的微型胶囊送至病灶处。最近,由日本产业技术综合研究所开发的纳米级胶囊已通过动物实验。这种胶囊可以把药物送到动物体内预定位置,这对研究副作用小的疾病治疗方法大有帮助。 
 
    研究人员在实验中使用的胶囊直径约为100纳米,由与细菌相似的物质制作而成,其表面附有只与蛋白质结合的植物血凝素。胶囊首先会在血液中移动,然后集中于炎症部分,最后穿过血管内壁进入病灶。

    实验中,研究人员先让老鼠眼部发炎,然后给发炎的老鼠和正常的老鼠分别注入这种纳米胶囊。结果表明,集中于发炎老鼠眼部的胶囊数量,是正常老鼠眼部胶囊数量的6倍。

    科学家认为,人和老鼠的植物凝血素结构相似,因而也可用这种胶囊向人体内的炎症部位“搬运”药物,在治疗肺炎、肝炎、癌症、关节炎、糖尿病等各种疾病时,装满药物的胶囊将只对患病部位起作用,不伤害其他器官组织,会大大减少药物的副作用。

    并非幻想的预见

    随着现代生物学和现代医学的不断发展,人类在生物学和医学等领域的研究内容早已从细胞,染色体等微米尺度的结构深入到更小的层次,进入到单个分子甚至分子内部的结构。这些极其微细的分子结构的特征尺寸大多在0.l~100纳米之间,属于纳米技术的尺度范围。现代医学认为,研究这些纳米尺度的分子结构和生命现象的学科,就是纳米生物学和纳米医学。例如,具有划时代意义的人类基因组测序研究计划标志着人类已经进入了纳米生物学和纳米医学的基础和应用研究领域。下面是一个并非幻想的预见。

    马德里,2031年,在格雷戈里奥·马拉尼翁医院的心脏病房里,一位医生一边安慰着惊惶失措的病人家属,一边为一位刚入院的心肌梗塞病人进行注射。不一会儿,病人脸上痛苦的表情缓和下来,胸口的疼痛消失了,血管再次畅通无阻。这里,医生为病人注射的不是传统药物,而是纳米机器人。

    纳米技术造就了极微机器人,而由于极微机器人技术在各大医院——至少是发达国家的各大医院中普及,因心肌梗塞这样的疾病而死亡的可能性变得微乎其微。

    传统的溶解血栓的药物往往不能及时地发挥作用,在治疗中需要较长的时间来解除病人的痛苦。如果采用极微机器人来治疗,情况就会好得多。事实上,当纳米机器人通过针管进入病人体内之后,这些形状类似于钻孔机,比白血球还小的机器人立即能够找到血栓的位置。很快,所有的极微机器人都会聚集到血栓所在的位置,开始攻击这堵阻碍血液循环的“墙”。它们能在瞬间粉碎血栓,并将血栓的碎片带走。它们不需要任何外来指令,在它们之间有着先进的通信系统协调所有机器人的工作。不到一秒钟,血液又能通畅地循环了。

    这并不是异想天开,而是科学家们对纳米技术的发展进行认真评估之后作出的大胆猜想。另外,在纳米科技的世界里,所有的物体都只有细胞大小,科学需要以科幻小说的方式来描述了。纳米(十亿分之一米)科技,虽然刚刚兴起,却正以飞快的速度发展着。

    形形色色的纳米医学机器人

    不少国家正在研制在血液和细胞介质中工作的纳米医用机器人。这种极其微小的机器人能在血管中游走。它们可以用来捕捉和移动单个细胞,也可以用来清除血管壁上,甚至心脏动脉上的脂肪沉积物。由此减少心血管疾病的发病率。它们还可以进入人体组织的间隙里清除病毒细菌或癌细胞,甚至可以代替外科手术,修复心脏,大脑和其他器官等。除了显微手术之外,还可以利用纳米医用机器人在人体内来回行走自如的能力,进行定位给药,把药直接送到损伤部位,也可以在人体内实施显微注射,将药物直接注射到病变的细胞内。以达到最快最好的疗效。纳米医用机器人也可以对人体进行定期的健康检查。

    纳米机器人的品种很多,这些纳米级机器人可遨游于人体微观世界,随时清除人体中的一切有害物质,激活细胞能量,使人不仅仅保持健康,而且延长寿命。例如:动脉粥样硬化的治疗机器人能够从动脉壁上清除粥样沉积物,这不仅会提高动脉壁的弹性,还会使通过动脉的血液流动状况得到改善;肾结石的治疗纳米机器人,以插入导管的方式将机器人引入到尿道内,直接到达肾结石所在的部位,并且直接把结石击碎。这可以通过直接应用超声波的方法来完成,也可以应用激光或者其他高强度的局部加热的方法来击碎结石;肝结石的治疗上述类型的纳米机器人也可以进入胆管,同样可以用来击碎肝结石;痛风的治疗血液中的纳米机器人可以在血流中把痛风结晶物击碎,再让血流把碎片清除。当然,这并不会阻止疾病的复发,但是它会在一定的时间内减轻症状;清除寄生虫纳米机器人,可以用来清除人体内的其他微生物,它们很适宜清除这样的寄生虫,如;清除或者摧毁肺脏等处的焦油纳米机器人,对于治疗肮脏的肺脏十分有用;自身组织的构建和修复纳米机器人,它们可以重建和加强血管的结构、修复关节、加强骨组织、去除瘢痕组织、用天然牙本质和牙釉质填充牙齿。

    用纳米微粒杀死癌细胞

    以纳米为计量单位的物质十分微小,于是科学家想到是否可以用它杀死癌细胞?最近,德国柏林夏里特医院的科学家开始试验,用极其微小的铁粒子帮助癌症患者治疗疾病。在第一阶段的研究中,将试验用这些纳米微粒来治疗恶性脑瘤,即所谓的成胶质细胞瘤。不久前,这种依靠热能的疗法首次应用到15名患者身上。

    由生物外壳包裹着的铁粒子被直接注射到肿瘤组织里。由于肿瘤细胞需要的营养不断增加,所以它吸收富有能量的包裹物的速度比健康细胞快。接着从外部用磁场给以这种方式进入病变细胞里的磁性纳米微粒加热。这时肿瘤细胞要么被完全毁灭,要么受到严重损伤,以至于更容易通过放射疗法或者药物治疗把它们杀死。

    每位患者都接受了为期6周的综合治疗,其中包括纳米微粒注射、放射疗法和化学疗法。专家介绍说,在此前进行的动物试验中,仅仅通过纳米疗法就能使长有此类肿瘤的试验鼠的存活时间延长4倍。此后,专家成功地用这种纳米微粒疗法和传统的放射疗法杀死了一位26岁男性患者的全部肿瘤细胞。他们相信,通过这种综合治疗能够大大延长患者的寿命。

    无独有偶,美国科学家发明了类似的技术,用红外线和由金与石英制成的纳米微粒将成为治疗癌症的新武器。通过这一组合疗法,科学家们成功地杀死了小白鼠身上的癌变肿瘤。由美国休斯顿莱斯大学的科学家詹妮弗·卫斯特带领的研究小组,最近在学术杂志《癌症消息》上发表了他们的科研成果。这一疗法的原理是,通过激光器发射出的红外线使植入癌变病灶区的金质纳米微粒变热,纳米微粒产生的热量能消灭就近范围内的肿瘤细胞,而不会影响其它身体组织。

    发展具有中国特色的纳米中药

    中药在我国具有几千年的历史,是世界医学宝库中的瑰宝。“纳米中药”是指运用纳米技术,制造粒径小于100纳米的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。“纳米中药”不仅可以提高药物的生物利用度,有效降低中药的毒副作用,增强临床疗效,而且更方便、更经济。如将不易被人体吸收的药物做成纳米粉,则更容易被吸收;用纳米药物做成的膏药,可直接通过皮肤吸收,无需注射。

    中药防病治病的物质基础来自于生物活性部位或活性化学组成。但是,生物机体对药物的吸收、代谢、排泄是一个极其复杂的过程,中药产生的药理效应不能唯一地归功于该药物特有的化学组成,还与药物的物理状态有关。改变药物的单元尺寸是改变药物物理状态十分有效的方法。若将药物的单元尺寸减小至纳米尺度,药物的活性和生物利用度就可能得到大幅度提高,并可能产生新的药效。

   研究表明,纳米技术可改进一些中药药物的缺陷。一些中药纳米化后,能降低毒副作用,提高药效和生物利用度,从而减少病人用药量,大量节约有限的中药资源。专家预计,再过几年,纳米中药就能进入临床应用。

    纳米医学的崛起

    人类对客观世界的认识一直没有止境,一是向无限大的空间去探索,一是向无限小的微观世界去开拓。医学的每一步前进必然建立在科技发展的基础上,在这种巨大驱动力的背景下,一种新的认识微观世界的工具——纳米技术(Nanotechnology)诞生了。

    纳米技术是20世纪90年代出现的一门新兴技术。它是在0.10至100纳米(即十亿分之一米)尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新技术。纳米技术被认为是对21世纪一系列高新技术的产生和发展有极为重要影响的一门热点学科,被世界各国列为21世纪的关键技术之一。目前,纳米科技主要包括纳米生物学、纳米机械学、纳米电子学、纳米材料学以及原子、分子操纵和纳米制造等很多领域。专家预测,到2020年将出现一个全新的领域——纳米医学。纳米医学对于医学的发展具有深刻的含义,对于研究疾病的诊断和治疗具有重大的意义。

    在纳米医学中的“纳米”,不仅意味着空间尺度,而且提供了一种对医学的全新认识方法和实践方法。相信通过“纳米医学”这一纳米科技分支学科的建立,将吸引广大纳米科技工作者和医学工作者关注纳米科技研究中的医学问题,这既有利于医学事业的发展,又有利于培养“坐而言,起而行”的科研、教学和临床人才,也将极大地丰富纳米科技和医学的知识宝库。从这里,新学科将会诞生,新材料将被创造,新概念和新理论将相继建立。

   科学家相信,人们将在分子的水平上真正认识自己。由于人类基因序列图谱草图的绘制工作已经完成,有此知识基础.人类对人体本身的认识将可望达到分子的水平,并在细胞的分子结构和分子的基因水平上真正认识和理解病变的机理,为彻底根治疾病提供理论基础。

    显然,纳米医学的发展,将会导致人类认识世界、改造世界的一次大飞跃,使医学领域乃至整个生命科学领域发生重大变革。


 


 

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