治疗慢性炎症有新方法!澳利用纳米微粒摧毁细菌生物膜
2016-01-08 10:10:00   来源:中国科技网
内容摘要
应对生物膜细菌的耐药性,主要有两条思路:一是研发新的抗生素;二是打碎生物膜,把细菌分割开来。澳大利亚新南威尔士大学的科学家利用纳米微粒打碎了顽固的细菌生物膜。

 

不少老病号遇到过这种尴尬的局面:慢性炎症久治不愈,抗生素几乎失效。澳大利亚新南威尔士大学近日宣布,该校科学家用纳米微粒打碎了顽固的细菌生物膜。这一发现将为细菌生物膜引起的慢性炎症提供治疗思路。

应对生物膜细菌的耐药性,主要有两条思路:一是研发新的抗生素;二是打碎生物膜,把细菌分割开来。此次,新南威尔士大学的科学家就是用纳米微粒打碎了顽固的细菌生物膜。

澳大利亚新南威尔士大学的科学家先给氧化铁纳米微粒裹上一层特殊的聚合物,以保证这些微粒保持分散状态,不会聚成一团。然后科学家将这些微粒注入由绿脓杆菌形成的细菌生物膜,再外加磁场,使纳米微粒升温5摄氏度以上,导致曾经顽固的细菌生物膜土崩瓦解。

参与研究的西里尔·博耶说,一旦细菌生物膜解体,细菌就变得容易对付。新方法有望在医学和工业领域发挥重要应用。

研究报告已刊登在英国网络科学杂志《科学报告》上。

 

··5项纳米技术对医学的巨大贡献··

目前,纳米技术为医学界提供了全新的思路和便利,纳米技术在医学领域的应用取得了显著效果。随着纳米技术在生物医学领域更广泛的应用,临床医疗将变得节奏更快、效率更高,诊断、检查更准确,治疗更有效,人们的生命安全将得到更大的保障。今天,笔者来简单谈谈一部分纳米技术在医学领域的应用。

纳米刀技术

肿瘤消融是21世纪肿瘤治疗的重大进展,但是纳米刀的出现使得肿瘤治疗更加方便。与传统消融技术不同,纳米刀并非利用“热”或“冷”效应进行物理消融,而是通过高压脉冲电流直接破坏肿瘤细胞的细胞膜使肿瘤细胞死亡,而又能很好地保护周围的血管神经、胆管、胰管、肠管、输尿管等重要组织不受影响。只需一分半钟,两根钢针,1500—3000伏高压脉冲电,击穿肿瘤细胞于无形中。短短30分钟,足以使一个5厘米大小的肿瘤细胞成蚁穴式溃败。这就是纳米刀,一种敢于对抗“癌王”的肿瘤治疗新技术。

“从2015年7月至今,解放军总医院已经成功完成了近20台纳米刀手术,成为中国大陆首批开展纳米刀技术的医疗机构。”在近日召开的国际纳米刀技术专题学术会议上,肝胆外科主任医师陈永亮教授介绍,相比传统的消融技术,纳米刀在杀死肿瘤细胞同时,能够最大程度保护周围管道组织不受损伤,使原本许多无法开展的手术成为可能,同时具有创伤小、疼痛轻、恢复快的特点。纳米刀技术,将为医学带来更多便利。

 

黄金纳米粒子

帝国理工学院下设的国家心肺研究所研究人员发现,黄金纳米粒子很容易被人体癌细胞吸收,他们为这种粒子包上一层化疗药物后,就可以把它们作为“运输工具”准确地将化疗药物投放到癌细胞上。参与研究的国家心肺研究所研究人员安德鲁·索利说,化疗药物直接注入人体后,杀伤癌细胞的同时,也可能将正常细胞和免疫细胞一同杀灭,产生副作用。利用黄金纳米颗粒有望实现化疗药物的精准投送,让其只作用于癌细胞,不伤及其他细胞。此外,还可以在体外用红外线加热已进入癌细胞的黄金纳米粒子,利用热量从内部杀灭癌细胞,实现对癌细胞的双重打击。

这种技术拥有非常不错的前景,未来有望用于多种癌症的治疗,不过目前还需要通过大规模临床试验来验证黄金纳米粒子的效果。

伪装的载药纳米粒子

通过从自然中找寻设计的线索,科学家们开发了一种仿生纳米粒子,通过将血小板膜覆盖在纳米粒子上,可以屏蔽免疫系统的响应,同时使纳米粒子具有血小板的特性,对特定组织和细胞靶向。美国加州大学圣地亚哥分校的张良方教授团队通过从血液中分离出血小板,由于血小板外侧膜为负电性,PLGA纳米粒子为负电性,利用静电排斥使体系最终得到“right-side-out”的结构,血小板上的各种蛋白质得以保留并朝向外侧,使最终的体系同时具有纳米粒子的载体特性,又有血小板的活性。

其实这种利用生物膜覆盖纳米粒子的“bottom-up”的表面纳米工程化学技术,已是该研究团队的一种很熟悉的手法了。该团队曾发表过利用红细胞膜和癌细胞膜修饰纳米粒子,从而分别能够中和细菌毒素和用作抗癌疫苗的文章。他们这次设计的血小板膜覆盖的纳米粒子,能够有效地结合人类的胶原蛋白,并对孤立血管的损伤区域有靶向作用。同时他们证明了该体系能逃避免疫系统的探测,在啮齿类动物体内耐受性良好。

通过血小板的外衣,纳米粒子既伪装了自己,成功让免疫系统相信自己,又可以成功的靶向原本血小板靶向的抗生素等,还可以进行药物运输,可谓一举三得,成为了名符其实的伪装者!

纳米微粒技术

阿霉素脂质体是一种常被用于治疗乳腺癌和卵巢癌的药物,它通过纳米微粒直接作用于肿瘤细胞。该药利用被称为脂质体的纳米微粒,把化疗药物送进癌细胞。这种脂质体是同人体细胞膜有着相似分子结构的微细囊泡,其表面的标记使之能够最大限度地接近癌细胞,将有毒物质直接释放到肿瘤细胞内部。

 

DNA纳米“机器”

近日,一个国际研究团队设计并合成了一台纳米级别的DNA“机器”,该“机器”具有自定义修改功能,这使得它们可以识别特殊的目标抗体。这项技术有助于我们及早发现病情,来帮助医生们更好地诊断传染病和自身免疫性疾病,如类风湿性关节炎和艾滋病(HIV),节约医疗成本。

罗马大学FrancescoRicci教授是这项研究的高级合作者。他介绍道,“较高的通用性是这种方法的优点之一。实际上,这个DNA纳米机器可以被自定义修饰以便检测各类抗体,而这使得我们的平台适用于多种疾病的检测。”

纳米刀技术、黄金纳米粒子、纳米微粒技术等为医学做出了不小的贡献,纳米技术在医学领域具有光明的前景,必将引起医学领域的一场新技术革命,从而为提高人类的身体健康,提高人类的生命质量做出新的贡献。

 

··美国设计出可实现8种生物医学应用的单个纳米颗粒··

未来疾病诊疗,一个纳米颗粒就够了?发表在英国《自然·通讯》上的一篇纳米技术论文,公布了一种可用于8个不同生物医学应用的灵活纳米颗粒设计,这是首个能将如此广泛的临床相关功能“集于一身”的单一制剂。这项在小鼠身上进行的研究,有可能进一步推进个性化的纳米医学发展以及对特定病人的诊疗手段。

纳米颗粒一般指一种人工制造的、大小不超过100纳米的微型颗粒,其可以搭起大块物质和原子、分子之间的桥梁,是很有前景的疾病诊疗工具,并逐渐进入临床领域。但到目前为止,在每次应用中,通常都要对纳米颗粒加以调整和优化,这限制了单个纳米颗粒结构的用途。

 

此次,美国加州大学戴维斯分校癌症中心的基特·莱姆及其同事,报告了一种基于单一化学结构单元的简单纳米颗粒设计,其被称为纳米卟啉。这种纳米颗粒非常灵活,能实现8种不同的生物医学应用,尽管这些生物应用不能同时进行,但仍体现出非凡的医学价值。

在这些应用中,包括了成像技术,例如近红外荧光成像、磁共振成像(MRI)、正电子发射计算机断层扫描(PET)、双模式的正电子发射型断层磁共振成像系统(PET-MRI)等;纳米卟啉也可以进一步被用于光热和光动力疗法,利用光来加热纳米粒子;或者产生氧自由基来靶向摧毁恶性细胞;同时,纳米卟啉也可以靶向递送药物。

该论文作者指出,这是首次报告一个有机纳米颗粒系统能将如此广泛的临床相关功能集成于一个单一制剂。其有望推动纳米技术在医学领域的应用,促进实现精确诊断、可靠治疗以及成为防病的新武器。

不过研究人员亦表示,在目前,该系统是否同样也适用于人类,尚需进一步的研究。

 

··磁性纳米粒子装置可加速T细胞生成··

美国约翰-霍普金斯大学一科研团队近日发现,一种包含磁性纳米粒子的磁选柱装置能够加速T细胞的生成,该装置或会敲开免疫疗法的大门,在医疗领域得到广泛应用。

所谓免疫疗法,就是利用并训练免疫系统更好地抗击癌症和感染的治疗方法。据物理学家组织网报道,该团队的研究重点是训练一种叫做T细胞的免疫细胞并使其快速繁殖,因为这种细胞是对抗癌症的有效武器。“这项技术的挑战在于有效地训练T细胞,让它们以足够快的速度分裂,这样就可以将它们作为治疗癌症患者的基本药方。”该校医学院细胞工程学教授乔纳森·施耐克说。

研究人员发现,一种人工免疫细胞——人工抗原提呈细胞(aAPCs)非常有潜力激活人体内的T细胞。要做到这一点,aAPCs必须与体内初始T细胞相互作用,等待T细胞发出对入侵者进行攻击的信号。研究人员对aAPCs进行了“改造”,使它们可以绑定在T细胞表面并为之提供抗原,进而激活T细胞抗击病毒、细菌或肿瘤的功能,并生成更多T细胞。

该技术的最终目标是,在病人的血液样本中训练T细胞并增加它们的数量,最后将它们放回病人的身体。研究人员将磁场作为从血液中分离T细胞的途径。他们先将样本血浆与磁化的aAPCs混合,然后让血浆从磁选柱中流过。与磁化aAPCs结合的T细胞会附着在磁选柱一侧并被冲洗到液体培养基中进行生长和分裂。一周后,T细胞的数量增加了5000到10000倍——这一增长速度足以支持利用病人自己的细胞实行免疫疗法。

另一种正在测试阶段的免疫疗法使用了其他免疫细胞——肿瘤浸润淋巴细胞。施耐克表示,并不是所有病人都拥有肿瘤浸润淋巴细胞,但每个人体内都有初始T细胞。所以与之相比,他们的方法可以广泛应用到更多病人身上。

目前,该科研团队仅将这种方法应用于抗击癌细胞。施耐克认为此法也有潜力应用于治疗慢性传染病,如艾滋病。他透露,如果测试顺利,一年半以内该技术将进入临床试验阶段。(如需转载,请注明来源自IT科技年)