光热纳米材料治疗肿瘤的研究

倪微 陈然 王一炜

华北理工大学 生命科学学院 063210

摘要；由于纳米材料具有粒径小、表面积大、生物安全性高等优越的性质，近十几年一度成为纳米生物和纳米医学领域研究热点，尤其在肿瘤治疗方面，光热纳米材料的应用更是给人们带来了新的契机与希望。

关键词：纳米材料 抗肿瘤 靶向治疗

引言

肿瘤细胞分为恶性肿瘤和良性肿瘤两类，一般良性肿瘤对机体的影响和损害都比较小，然而恶性肿瘤则对机体损害较大，有些恶性肿瘤细胞被称为癌。传统的药物治疗系统具有一定的局限性，一则靶向性特异性不高，经常对机体自身正常细胞造成损害，这种“轰炸式”的治疗手段在对患者进行治疗的同时，也带来了苦不堪言的副作用；二则无法克服肿瘤组织异常的微环境，药物不能被准确的运输到病灶位置处的肿瘤细胞，所以常常无法为机体提供高效安全的肿瘤治疗。

相比之下，近年来基于纳米材料的光热治疗技术，无疑给肿瘤治疗研究带来了更多的可能性。

1. 纳米材料

   1. 特点

纳米粒子是一种粒径一般不大于一微米的微观胶质体系，主要由纳米微球和纳米微囊构成，具有高比表面积的空腔结构。粒径尺寸适宜，作为载药颗粒不宜过大，微米量级的颗粒有可能造成引起血管堵塞、血管栓，危急时导致死亡；纳米量级的粒径比毛细血管还小12个数量级，可以穿过细胞组织间隙和毛细血管，实现细胞或亚细胞水平的药物释放。^[引用]。

1. 2. 检测

在肿瘤治疗的斗争中，早期的检测能攻克下一半的城池。纳米技术主要从成像和筛查两个方面，促使早期诊断更早更准确，也在治疗过程中更精确的检测治疗效果。

常规的成像技术只能观察到机体组织上被改变的可见的变化，并不能精确检测到细胞级别的肿瘤生成和潜在转移。纳米材料技术能特定识别肿瘤细胞并且能够让被识别肿瘤细胞可见，主要在可特异识别肿瘤细胞的受体抗体基础上涂覆金属氧化物或是荧光分子一类的显像剂，结合荧光、光声成像、核磁共振和CT等多种成熟的显影技术，可以高效准确的识别出肿瘤细胞。

2. 光热治疗技术

纳米材料作为新型靶向载体，可通过外磁场作用，定向将其上负载的药物集中送到病灶处，通过磁热效应刺激磁性纳米材料释放药物，杀死肿瘤细胞，而对机体本身正常细胞伤害较小。治疗结束后，又得以彻底有效的清除，避免在机体内蓄积产生毒性，从而实现高效、低创、并发症少的治疗。^[引用]

并且可利用纳米材料载体的一些自身优良的性能，屏蔽保护治疗药物的作用和通过适当的表面修饰手段，增加药物靶向特异性和稳定性，延长作用时效，达到更为理想的治疗效果。

光热治疗的纳米材料一般是应用的是能吸收近红外区的光热剂，因为近红外光的波长范围赋予它得天独厚的光学安全性，可透过机体皮肤和组织，可直达病变部位，通过等离子体共振或者能量跃迁带把光能转变为热能，从而可表现为局部高温，杀死肿瘤细胞。^[引用]

理想的光热剂有表面改性的碳纳米材料、贵金属纳米粒子、有机染料和半导体等，下面简单介绍几种常见光热剂。

1. 1. 金纳米粒子

金纳米粒子是一种新型的纳米载体，由于具有其表面等电子共振效应，光致发热，可通过成像技术追踪检测药物的释放。金纳米粒子金纳米粒子易合于成；利用Frens法和Brust等经典方法可较大规模制备。金纳米粒子表面可负载大量小分子药物和许多目的物质，通过适当的表面修饰，利用实体瘤的EPR效应进入肿瘤细胞，并且生物相容性好，能够迅速吸附生物大分子，不影响生物大分子的生物活性，绿色无毒。作为药物靶向载体而言，其优势十分独特实用。^[引用]

目前用于光热治疗的有金纳米棒，金纳米星，金纳米笼和金纳米壳。除了金纳米粒子，其他贵金属如银、铂及钯等也是肿瘤光热治疗研究的“种子选手”。

1. 2. 碳纳米材料

碳纳米材料主要有石墨烯和碳纳米管两种，它们有着较大的光热转换面积，较好的电化学性能以及可以非共价键形式载药等。虽然碳纳米材料有着红外吸收能力不强、不易在水中溶解分散并且生物亲和性不高的缺陷，但可利用适当的表面修饰如表面连接PEG和包覆聚合物对其加以改善。^[引用]

1. 3. 金属硫族化合物

金属硫族化合物的结构与石墨相似，每一层之间为过渡金属（M）共价结合硫族元素（X），层间是以范德华力这样的弱作用力连接，为X-M-X类的“三明治”结构。制备方法主要破坏层内的共价结合和层间的范德华力，有超声破碎发、水热合成法、溶剂热蚀刻法、胶体化学法等。许多的金属硫族化合物都具有较强的近红外光吸收、良好的光热性能、毒性低、粒径形貌可控性高等优点，并且较贵金属离子而言、其成本相对低廉。

1. 4. 有机光热治疗剂

尽管上述三种无机光热纳米材料可通过各种精巧的表面修饰增强其光热转换效率和生物组织相容性，但它们的固有问题如生物降解困难、正常代谢难以排出和潜在的长期慢性毒性这三方面都难以避免。

典型的有机光热治疗剂：近红外荧光染料染料-ICG（美国食品药品管理局批准临床使用），卟啉脂质体或纳米胶束包裹NIR材料，基于蛋白结构的光热治疗剂和聚合物近红外吸收材料。

ICG和IR等近红外光染料以及共轭高分子聚合物等，具有更好的生物相容性和更低的细胞毒性，但光热性能较弱、血液循环寿命较短、在体内被过快清除等缺陷也同样限制了它们在肿瘤治疗中“大展身手”，下一步可参考无机光热纳米材料的表面修饰并且优化结构，以期提高有机光热纳米材料的靶向富集效果和光热性能

3. 结论与展望

光热纳米材料的研究进展给肿瘤治疗带来了巨大机遇和挑战，光热纳米材料优势表示它十分适合用于肿瘤治疗，但脱离研究层面，面向临床去看待生物降解问题、代谢安全问题、潜在危害等等尚待解答的不确定因素。光热疗法的后续研究任务仍然很艰巨。

并且由于光热疗法对激光深度具有依赖性，病人个体的差异性和肿瘤的一些特性。单独的某一治疗手段效果都难以取得理想的效果，所以光热治疗、光动力治疗、药物持续可控释放、放疗技术的联合治疗将会是治疗肿瘤的一个十分可观的策略。