納米載體及納米藥物

1、生物納米生物納米Bionanotechnology（講課提綱） 第一講第一講: 納米基因載體及納米藥物納米基因載體及納米藥物的研究進(jìn)展的研究進(jìn)展 1. 納米基因載體納米基因載體1.1 納米基因載體的作用納米載體將DNA、RNA等基因分子包裹在納米顆粒的內(nèi)部或吸附在其表面，然后在其表面偶聯(lián)特異性的靶向分子（如特異性配體、克隆抗體等），通過(guò)靶向分子與細(xì)胞表面受體的結(jié)合，并在細(xì)胞攝粒作用下將目標(biāo)基因引入細(xì)胞內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性基因治療或其他作用。 1.2 納米基因載體的特點(diǎn) 生物安全性：可生物降解，毒性，免疫原性小 基因保護(hù)作用：保護(hù)基因不受各種補(bǔ)體及酶的破壞 提高細(xì)胞攝取量：納米粒徑，特殊

2、結(jié)構(gòu)及表面電荷 靶向性修飾：在其表面偶聯(lián)特異性靶向分子1.3 納米基因載體的種類載體種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)代表性材料金屬納米顆粒特異性結(jié)合，毒副作用小表面修飾后才能有效結(jié)合基因；生物相容性不好納米金、氧化鐵無(wú)機(jī)非金屬納米顆粒制備簡(jiǎn)單；大規(guī)模使用顆粒表面電位偏低，裝載量少；有團(tuán)聚現(xiàn)象二氧化硅、磷酸鈣、羥基磷灰石生物降解高分子納米顆粒生物降解性，生物相容性好易于帶負(fù)電的非特性細(xì)胞和蛋白結(jié)合；有些材料有細(xì)胞毒性；轉(zhuǎn)染效率不高，需進(jìn)行表面改性多聚賴氨酸、聚乙烯亞胺、聚酰胺-胺樹形高分子、殼聚糖、明膠、陽(yáng)離子多肽、陽(yáng)離子聚酯生物性顆粒生物親和性結(jié)合；靶向性好與基因帶電情況相近，轉(zhuǎn)染效率不高；易發(fā)生免疫反應(yīng)蛋白質(zhì)、

3、糖蛋白、脂質(zhì)體、抗體 1.4 納米基因載體交聯(lián)及導(dǎo)入體內(nèi)的方法 納米材料裝載基因的方式主要有兩種：（1）電學(xué)性質(zhì)結(jié)合，利用納米顆粒和DNA的不同電荷性質(zhì)，通過(guò)靜電作用連接；（2）共價(jià)鍵性質(zhì)的結(jié)合，利用納米粒子本身的官能團(tuán)或者衍射出來(lái)官能團(tuán)和基因蛋白結(jié)合。導(dǎo)入方法方法簡(jiǎn)述優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)基因槍通過(guò)高速飛行的納米金屬顆粒將包被基因?qū)爰?xì)胞無(wú)宿主限制；受體類型廣泛；操作簡(jiǎn)便儀器昂貴；轟擊細(xì)胞損傷較大電擊法高壓電泳脈沖作用在原生質(zhì)體質(zhì)膜上形成瞬間通道無(wú)宿主限制；操作簡(jiǎn)單；直接作用帶壁細(xì)胞轉(zhuǎn)化效率不高，設(shè)備昂貴超聲波介導(dǎo)超聲引起的空化效應(yīng)使細(xì)胞膜表面出現(xiàn)可逆性小孔，細(xì)胞膜通透性增加應(yīng)用普遍；不受物種限制；縮短轉(zhuǎn)

4、基因時(shí)間強(qiáng)度太大，損傷細(xì)胞，影響轉(zhuǎn)染效率浸泡法將培養(yǎng)物浸泡到納米DNA溶液中，利用滲透作用進(jìn)入操作簡(jiǎn)單快速轉(zhuǎn)化效率不高真空滲入法真空狀態(tài)時(shí)，載體進(jìn)入細(xì)胞簡(jiǎn)便、快速、可靠轉(zhuǎn)染效率低口服口服納米基因載體使用簡(jiǎn)便，可提高生物利用度體內(nèi)傳遞效率不高，易受分解靜脈注射靜脈注射基因載體可延長(zhǎng)載體運(yùn)輸時(shí)間， 提高轉(zhuǎn)染效率使用不便，降壓效果需提高1.5 納米基因載體在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用納米基因載體在基因治療中的應(yīng)用纖維連接蛋白配體和上皮型鈣粘蛋白抗體包埋在無(wú)機(jī)納米載體中與細(xì)胞表面的整合素受體和上皮型鈣粘蛋白特異性結(jié)合促進(jìn)了基因的高效傳遞和在胚胎干細(xì)胞中的有效表達(dá) Kutsuzawa et al, 2006 納米

5、基因載體在遺傳育種上的應(yīng)用中孔洞納米粒為載體蜂窩狀結(jié)構(gòu)將基因及刺激該基因表達(dá)的化合物導(dǎo)入植物細(xì)胞控制其在適當(dāng)時(shí)間及地點(diǎn)釋放目前已經(jīng)成功的將基因及化合物轉(zhuǎn)殖入阿拉伯芥、煙草以及玉米等植物中(Torney et al, 2007) 1.6 展望 基因的運(yùn)載方式是目前基因轉(zhuǎn)導(dǎo)能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 磁性材料、熱敏材料、PH敏感材料等的應(yīng)用將有助于新型智能基因載體的研發(fā)。 納米微?；蜉d體將會(huì)很有應(yīng)用前景。 2 納米藥物2.1 納米藥物的定義l 藥劑學(xué)中的納米?；蚍Q納米載體與納米藥物，其尺 寸界定于11000nm之間。l納米載體指表面負(fù)載或包埋藥物的各種納米粒。l納米藥物則是指直接將原料藥物加工成納米粒

6、。2.2 納米藥物的分類l納米乳劑 納米脂質(zhì)體l納米粒藥物 固體脂質(zhì)納米粒 納米囊與納米球l磁性納米藥物l溫度敏感性、pH敏感性、l光敏感性納米藥物l免疫納米藥物l納米中藥，等2.3 納米藥物的優(yōu)勢(shì)l納米級(jí)藥物載體可以進(jìn)入毛細(xì)血管，在血液循環(huán)系統(tǒng)自由流動(dòng)，還可穿過(guò)細(xì)胞，被組織與細(xì)胞以胞飲的方式吸收，提高生物利用率。l納米載體的比表面積高，水溶性差的藥物在納米載體中的溶解度相對(duì)增強(qiáng)，克服無(wú)法通過(guò)常規(guī)方法制劑的難題。l納米載體經(jīng)特殊加工后可制成靶向定位系統(tǒng)，如磁性載藥納米微粒?？山档退幬飫┝繙p輕副作用。l延長(zhǎng)藥物的體內(nèi)半衰期，藉由控制聚合物在體內(nèi)的降解速度，能使半衰期短的藥物維持一定水平，可改善療

7、效及降低副作用，減少患者服藥次數(shù)。l可消除特殊生物屏障對(duì)藥物作用的限制，如血腦屏障、血眼屏障及細(xì)胞生物膜屏障等，納米載體微?？纱┻^(guò)這些屏障部位進(jìn)行治療。2.4 納米藥物尺度的優(yōu)勢(shì)大分子和顆粒進(jìn)入和排出細(xì)胞大分子和顆粒進(jìn)入和排出細(xì)胞 胞胞 飲飲 吞吞 噬噬胞胞 吐吐 毛細(xì)血管床的過(guò)濾作用納米微粒的大小影響藥物的生物利用率。脾靜脈竇中內(nèi)皮細(xì)胞的間隙為200500nm，因此長(zhǎng)效型微粒最好不要超過(guò)200nm大小。而腎臟腎小球中內(nèi)皮細(xì)胞的間隙在4060nm間，過(guò)小的微粒會(huì)被過(guò)濾出。要使納米載體在血液循環(huán)中流通時(shí)間增加，必須控制載體大小的范圍。納米靶向藥物納米靶向藥物2.5 納米藥物的應(yīng)用門控納米材料包容

8、機(jī)理納米尺度的“墻”可以部分溶解，然后在合適的條件重新建立，從而將熒光標(biāo)記的藥物包容在內(nèi)部納米藥物的抗菌性能l銀常用于抗菌纖維及紡織品中，但一般以銀離子系統(tǒng)為主，容易與生物體中的氯離子產(chǎn)生氯化銀沉淀，進(jìn)而誘發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng)產(chǎn)生。l納米銀粒子沒有銀離子的缺點(diǎn)，但其限制在于安定性不佳，合成后儲(chǔ)放易產(chǎn)生凝聚形成微米級(jí)粒子，另則為在高分子基材不容易分散，而影響其應(yīng)用。銀離子銀納米粒子效應(yīng)Bacterici-dal effectBactericidal effect抑菌效果 要達(dá)特定濃度只要有殺菌劑存在系列銀離子系列銀原子團(tuán)簇與氯離子產(chǎn)生氯化銀反應(yīng)會(huì)不會(huì)過(guò)敏反應(yīng) 有無(wú)2.6 將來(lái)的納米藥物制劑 智能化的納米藥物傳輸系統(tǒng) 超小型的血糖檢測(cè)系統(tǒng) 微型藥房 “智能炸彈” 納米陷阱 分子馬達(dá) 分子馬達(dá) 利用人體內(nèi)源性ATP作為能量來(lái)源的分子馬達(dá) 體外實(shí)驗(yàn)證明可以捕捉病毒，并可以使病毒在入侵細(xì)胞前失活腦功能的加強(qiáng)腦功能的加強(qiáng)納米科技 機(jī)械牙醫(yī)清潔牙