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對十年後的納米生物技術做(zuò)全景掃描 (2004-09-16)

發布時間:2007-12-04 作者: 來源:科學(xué)網(wǎng) 瀏覽(lǎn):1163
  10年以(yǐ)後,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(fù)”癌症,如同“智能炸彈”的(de)藥(yào)物能夠“引爆”病灶,隨後一些(xiē)結構優化的“腳手(shǒu)架”又會引導組(zǔ)織再生(shēng)。   這些並不隻是美妙的遐(xiá)想。在一些實驗室,小的科技孵化公司(sī),還有大型製藥公司,研究人員發(fā)現,上述設想能夠實現??至少在(zài)實驗室動物身(shēn)上和組織培養皿中如此。現在他們(men)正致力將(jiāng)這(zhè)些成(chéng)果推向實用化的治療階段。但是從老鼠到人決不那麽簡單,很多在(zài)老(lǎo)鼠身上“確保無虞(yú)”的治療方(fāng)案卻嚐到了人體試驗失敗的苦果。   納米技術當然不囿於醫學,專家描繪的(de)藍圖是,它將(jiāng)改變各個產業的麵貌(mào)。納米技術簡直成了一場國際撲克遊(yóu)戲(xì),各國都在納米技術研究方麵投下越來越多的(de)賭注。   然而,開發應用納米(mǐ)技術其路仍然漫漫。除了已經推出的一些防汙織物外,今後若幹年內(nèi)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(jiū)部物理科學主管湯姆?特伊斯認為(wéi),納米技術的商業化要(yào)發展到像英特爾、IBM或(huò)者(zhě)微軟這些大(dà)公司的水平,至少還需要幾十(shí)年。   這其中,技術難題並不是惟一的障礙。公眾在納米技術對環境(jìng)和健(jiàn)康的影響方麵所持的憂慮也是研究者所必須麵對的。納米生物技術帶來了福音,也有可能為禍。“任何時候,材料應(yīng)用到人(rén)體這樣的複(fù)雜係統,總是會(huì)有多重效(xiào)應。”美國(guó)密執安大學安阿伯分校(xiào)納米生物(wù)技術中心主任詹姆斯?貝克爾說。   為了防止“反納米”潮流(liú)的泛濫,很(hěn)多(duō)研究者不單單埋頭於納米(mǐ)技術本身的研(yán)究,一些相應的毒理(lǐ)學研究也已經(jīng)開展,其他更為深(shēn)入的(de)研究還(hái)將繼續展開。同時,基於安全研究,有人提出納米研究應該更加謹慎,而將毒理程序(xù)列入考察範圍也將使一些有潛力的材料在接近臨床階段時被“叫停”。   這裏,我們對納米生物(wù)材料(liào)研究現狀作一(yī)大(dà)致掃(sǎo)描,也許能從中窺見(jiàn)未來納米技術是(shì)沉是浮的蛛絲馬跡。   醫學治療   一些納米生物技術公(gōng)司將目光瞄準醫(yī)療市(shì)場。以美國休斯敦的C60公(gōng)司為例,它致力於“富勒(lè)烯”納米材料的開發。作為(wéi)包含60個碳(tàn)原子的空殼結構,富(fù)勒烯(也稱巴基球(qiú))在醫療方麵頗具潛質。最顯著的一點是“富勒烯有望作為細胞內外強效的抗(kàng)氧化劑”。公司(sī)總裁(cái)儒斯?萊伯維茨說。一些神經退化疾病以及通(tōng)常的衰老過程,都與氧化過程(chéng)造成的損害有(yǒu)一定關係。通常的富勒烯並不具有生物相容性,C60公(gōng)司正努力改(gǎi)造它的結構以開發“下一代小分子抗氧化劑”。該公司正與(yǔ)另一家公司聯(lián)手研發此類藥物,但萊伯維(wéi)茨說,人體試驗最快也在兩(liǎng)年之(zhī)後。   另外,納米譜生物科學(xué)公(gōng)司和特裏(lǐ)登生物係統公(gōng)司正在進行(háng)癌症的(de)熱療(liáo)研(yán)究。兩家公司的戰略核心都是利(lì)用被外部能量激發的納米金屬粒子去加熱並摧毀周邊的腫瘤,他們的研究都顯示出了積極的前景。   藥物輸送   在藥(yào)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(yào)的毒副作用,提高(gāo)藥(yào)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(zhuān)利保護將到(dào)期(qī),對專利擁有(yǒu)者而言這(zhè)意味著(zhe)損失460億美元的收入。   而延長專(zhuān)利有效期的辦法之一,就是改變已有藥物(wù)的封裝(zhuāng)形式。納米技術因此備受製(zhì)藥工業的青睞,這其中包括愛爾(ěr)蘭艾倫公司的“納米(mǐ)晶”技(jì)術,法國弗萊梅爾公司的“水母”技術??一(yī)種(zhǒng)自組裝聚氨基酸納米粒(lì)子體係,以及美國樹枝納(nà)米技術(shù)公(gōng)司(sī)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(yǒu)緩釋功能從而增加(jiā)藥效(xiào)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(chéng)和納(nà)米(mǐ)科學研究所,所長薩姆?史都普的(de)實(shí)驗室開發(fā)出了一(yī)種自組裝液體,注射到體內即可凝固,形成一種類似於“腳手架”的(de)結構,能向細胞發出有序的生物學信號(如(rú)縮氨酸),引導組織重建。   這一材料的關鍵是由(yóu)兩個親縮氨酸構成的直徑6~8納米的圓柱狀(zhuàng)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(yǐ)引(yǐn)導神(shén)經祖細胞選擇性分化為神經細(xì)胞,這一成果有望(wàng)發展新的治(zhì)療中樞係統癱(tān)瘓的(de)方法。史都普小(xiǎo)組的其(qí)他研究還包括利用納米生物技術進行小島(dǎo)移植和(hé)骨髓再(zài)生等。“我相信(xìn)納米技術在再生醫療領域的應用將十分活躍,”史都(dōu)普說,“現在納(nà)米技術還比較昂貴,所以還有很多成本難題需要解決。然而,對於治療(liáo)癱瘓和恢複失明而言,再(zài)昂貴的技術也(yě)是值得的。”   診斷成像   診斷和治療也許同樣重要。北溪(xī)公司以納米技術(shù)為平台開發了一種耐甲氧(yǎng)西林金黃葡萄球菌的(de)快速檢(jiǎn)驗方法。使用目前的標準方(fāng)法(fǎ),檢驗結果要(yào)在48~72小時(shí)以後才能出來,而使用新方(fāng)法,樣本經過初級培養後1小時就可出結果(guǒ),而下(xià)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(yòng)低聚核(hé)苷酸吸附特定靶標的核酸,再吸附帶有(yǒu)低聚核苷酸的納米金粒子,通過銀(yín)沉澱反應,可將信(xìn)號強度(dù)放大1000到10000倍。北溪公司(sī)計劃(huá)2005年(nián)初(chū)將此產品投放市場。   一(yī)些研(yán)究者最近將一種稱為“量子點”的(de)納米粒子(zǐ)應用於動物活(huó)體(tǐ)成像。量子點通常是納米(mǐ)級的硒化鎘或硒化鉛(qiān)半導體晶體,具有可控(kòng)的光學性質(zhì)。通過改變(biàn)其直(zhí)徑,這(zhè)種晶體就(jiù)可以吸收或釋放不同波長的光。量子點(diǎn)可以由單一光(guāng)源激(jī)發,傳統的熒光顯微方法則因為(wéi)有機熒光(guāng)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(rǎn)料更亮,不出現光褪色現象,發射譜也更(gèng)窄,這些都(dōu)構成了量子點在成像方麵的優勢。相比之下,複雜的熒光顯微方法就(jiù)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(fó)醫學(xué)院的約翰?弗朗(lǎng)吉歐尼和同事(shì)用量子點(diǎn)查找活老鼠前(qián)哨淋巴結的研究,但是,量子點在很長(zhǎng)時(shí)期內還隻能在經過(guò)培養的細(xì)胞和組織中“一顯身手”,動物實驗(yàn)當然也(yě)可以繼續開展,但該技術(shù)最終能否用於(yú)人體,目前還不可知。   安(ān)全擔憂   因為(wéi)量子點和其(qí)他所(suǒ)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(měi)國(guó)化學會全國會議上報告說,水溶性富勒烯分子能造成黑鱸(lú)魚大腦損傷。這一結論讓整個納(nà)米技術界為之驚觫。媒體也(yě)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(tóng)行評議(yì)。對其他納(nà)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(guó)國家環境健(jiàn)康科學研究所環境毒物學部(bù)執行主任約翰?布徹爾說,“納米材(cái)料的作用既不像粒子也不像化學品,它們的性質既是中(zhōng)間的又是獨特的,對於這一點(diǎn),我們剛剛開始(shǐ)去(qù)探究。”該研究所最近啟動了針對量子點、二氧(yǎng)化鈦納米粒子以及巴(bā)基球等安全性的一係列研究。作為負責人的布徹爾介紹,研究將集中於(yú)三個(gè)問(wèn)題:納(nà)米材料表麵的塗層和化學物質(zhì)對(duì)粒子行經的(de)身體部位的影響;納米粒子的免疫特(tè)性以及它(tā)們的毒理效應。   公眾誤解   布徹爾(ěr)說,這些研究(jiū)結果(guǒ)將有助於(yú)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(chá)表明,公眾對於納米(mǐ)技術以及科學(xué)家為保證納米技術安全所(suǒ)做的努力都知之甚少。   美國北卡羅來(lái)納大學(xué)所做的全國調查表明,超過80%的美國人幾乎(hū)或(huò)全然(rán)不知納米技術為何物,英國皇家(jiā)學會和皇家工程院今(jīn)年3月聯合提交的一份調查報告指出,隻有29%的受(shòu)訪(fǎng)者(zhě)聽說過納米技術(shù),僅有19%的人能夠給出一個(gè)不管(guǎn)精確(què)與否的定(dìng)義。但另一(yī)方麵,被調查者對納米技術的(de)態度是積極的。美國有40%的人認為納米技術利大於弊(bì),持相反觀點的人隻有22%。在能給出納米(mǐ)技術定義的人中,68%的人預言納米技術將(jiāng)提升人類(lèi)未來,隻(zhī)有(yǒu)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(gōng)司研究部物理科學主管湯姆?特伊斯表(biǎo)示,對於(yú)經濟領(lǐng)域而言,信息(xī)技(jì)術的年產值是1萬億(yì)美元。而納米技術的利(lì)益將延(yán)伸到(dào)生命科學和醫學領域甚至各(gè)個工業領域,製造業也將加入此項技術。“這將帶來多大效益(yì)?它簡直就是一切!”特伊(yī)斯說。
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