Tuberculosis
联系我们

纳米技术在医学中的应用

纳米技术是在纳米尺度上对物质进行处理,即在原子和分子水平。它已在从制造业到食品生产的各个行业中显示出巨大的优势。纳米技术在医学中的应用也日益增加,它提供了极为令人振奋的可能性,具有变革疾病和障碍的诊断及治疗方法的潜力。1

纳米技术在药物递送系统开发中的应用得到了特别深入的探索。纳米颗粒用于通过将化疗药物或热量特异性地递送到靶细胞,从而减少癌症治疗的毒性。这确保了细胞毒性效应局限于肿瘤,因而对健康组织没有广泛的危害,并且副作用较少。

纳米颗粒还用作诊断显像剂。例如,磁性纳米颗粒如 Gd3+、Mn2+、Fe3+ 用作磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging, MRI) 的造影剂。因此,向药物递送系统中加入顺磁性阳离子(通常为毒性最小的铁)可实现非侵入性的药物分布可视化。

在单个纳米颗粒中将诊断与治疗功能合并称为治疗诊断学。2由于可以监测每位个体患者靶点处的药物可用性并调整剂量达到最佳疗效,这一综合方法在个性化医疗中具有巨大潜力。

金属有机框架 (Metal-Organic Framework, MOF) 是靶向药物递送中具有前景的新型候选物,因为它们具有良好的生物相容性和生物降解性,同时具有大容量来运输药物。而且,它们通过选择用作接头的功能基团和通过调整孔径来提供控制药物释放特性的潜力。此外,MOF 的离子实作为 MRI 的造影剂使其成为治疗诊断学中的潜在药剂。3

治疗诊断学的发展主要集中在癌症治疗方面,但许多其他适应症可从靶向性可追踪的药物递送中获益。特别是,向肺部感染区域递送足够的抗生素对于结核病 (Tuberculosis, TB) 的有效治疗极为重要。

结核病

TB 是由结核分支杆菌复合群引起的感染。它通常累及肺,但感染可通过血液扩散到身体的其他器官。TB 通过吸入由感染个体呼出的空气细菌传播。它是全世界致病和致死的三大传染性疾病之一。每年有大约 1,000 万新发病例,约 200 万人死于 TB。

TB 可以通过 6‑9 个月疗程的抗生素有效治疗。但是,成功治疗存在一些障碍。到达肺部的药物浓度无法预测,通常达不到治疗浓度。特别是,据报道受感染的肺组织中的药物水平明显较周围组织低。口服给药会导致出现药物浓度峰谷现象,并且由于药物水平通常低于有效剂量,多重耐药 TB 变得越来越普遍。此外,现有的有效药物引起的不可接受的毒性通常需要尽早停止抗生素治疗。

TB 感染最有效的治疗方法之一是异烟肼 (INH),但它与几种严重副作用相关。4因此,在 TB 的治疗中,非常需要能将 INH 递送到 TB 感染组织,而对健康细胞具有最小毒性,并可容易确定药物分布的治疗诊断学载体。

此外,肺部给药可将药物直接递送到肺部最深处受感染的巨噬细胞,确保较高的局部药物浓度。吸入式干粉 TB 治疗的发展被视为改善 TB 治疗和实现全球 TB 控制的最具前景的策略。

治疗诊断学在 TB 治疗中的应用

最近开发了铁 MOF (Fe-MIL-101-NH2) 作为 INH 的治疗诊断学载体。5用布鲁克的 9.4 T MRI 研究系统和 TopSpin 2.0 软件评估了它作为 MRI 造影剂的潜力。

根据使用的微粉化方法,铁 MOF 直径为 3.37-6.45 μm,并显示出 INH 的延长释放。在成纤维细胞细胞质区域检测到了纳米颗粒,这表明 INH 可释放到细胞内。这也证实了该药物递送系统也可作为 MRI 造影剂。体外细胞毒性研究表明铁 MOF 是安全的。

这种方法的 MRI 成像表明,Fe-MIL-101-NH纳米颗粒代表了递送 TB 治疗药物和监测其在肺组织中分布的一种具有前景的新策略。希望这种携带 INH 的 MOF 可以发展成为 TB 的可吸入治疗。

参考文献

1. Formoso P, et al. Nanotechnology for the environment and medicine. Mini-Rev Med Chem. 2016;16(8):668-75.

2. Ahmed N, et al. Theranostic applications of nanoparticles in cancer. Drug Discov Today. 2012;17(17-18):928-34.

3. Horcajada P, et al. Porous metal-organic-framework nanoscale carriers as a potential platform for drug delivery and imaging. Nat Mater. 2010;9(2):172-8.

4. Kaur M, et al. A Review of emerging trends in the treatment of tuberculosis. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2014;44(2):478-84.

5. Wyszogrodzka G, et al. Iron-Based Metal-Organic Frameworks as a Theranostic Carrier for Local Tuberculosis Therapy. Pharm Res 2018;35:144‑155.