纳米颗粒的辅助作用及其对纳米医学的影响

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纳米颗粒的辅助作用及其对纳米医学的影响

纳米粒子通常被设计成一个框架系统,将靶向、成像和/或治疗分子结合到一个整体的药剂中。然而,大多被忽视的是,纳米材料本身与生物系统的相互作用不能排除是纳米粒的功能化的影响。这种纳米粒子的生物界面已被发现能引起特定的生物效应,我们称之为"辅助效应"。在这篇评论中,我们将阐明从现有的辅助效应研究中收集到的纳米生物学知识,从而展现纳米粒子在调节生物效应方面的潜力,而不是任何工程性的功能。评估这些效应如何与纳米医学的设计和功能方面的考虑相关,特别是如何为临床决策提供信息;确定纳米粒子与生物学的不良相互作用所产生的潜在临床危害;最后,我们强调了目前该领域知识的缺乏,对进一步发展纳米医学而言,既是的障碍,也是一种激励。

正文

从医学的角度来看,纳米技术(以纳米材料的形式)代表了可能适用于先进医疗的新型技术的广阔领域,包括诊断和治疗。反过来说,纳米材料也参与了一个巨大的、很少被描绘出来的与生物环境的相互作用网络。生物医学研究中使用的纳米颗粒(Nanoparticle,NPs,定义为大小为纳米或更小的颗粒)在结构、化学成分、大小、形态、静电电荷、疏水性、表面化学和其他属性方面具有高度多样性。这种多样性的一个直接后果是生物系统内的生物相互作用网络更加多样化,这一点之前很少被详细研究,并可能导致纳米粒子产生意想不到的辅助性"阴阳"生物效应--“可能好可能坏”。

到目前为止,关于这一主题的知识体系还远远不够完整或一致。对纳米粒的大多数研究一直仍然是以目标为导向的;也就是说,所研究的纳米粒是专门为解决某个问题而设计的,要么是作为一种研究工具,要么是作为一种研究性的治疗或诊断剂。因此,对纳米粒的研究主要是针对它要解决的问题,而没有全面评估纳米粒在其生物环境中可能的辅助性相互作用。作为分子"支架"的灵活性使纳米粒可以用靶向分子、成像剂和药物进行功能化,以便在一个特定的和假定的明确的环境中引起特定的生物效应。然而,纳米粒的非负载部分,包括颗粒的绝大部分,不仅仅是惰性的材料;它也会以公开和微妙的方式与周围的生物系统进行互动。相对而言,很少有人探讨与有效载荷无关的纳米粒成分是如何影响它所接触的生物系统的,特别是当这些影响超出了纳米粒的预期目的范围。然而,如果不彻底了解纳米粒子和生物学之间可能的相互作用,就缺乏足够的知识来预测纳米医学的安全性和效果。更广泛的纳米生物学知识将使我们能够设计出更好的纳米粒来克服现有纳米技术固有的限制和问题。此外,正如我们在这里所显示的,生物系统中纳米粒的一些意想不到的影响甚至可以被利用于纳米医学的新治疗模式。

与纳米粒暴露有关的细胞毒性(例如,细胞死亡、氧化应激和炎症反应)是研究最彻底的。然而,纳米材料可能引发更微妙的影响,如细胞信号级联、基因表达、分化和细胞迁移等。这类影响的长期影响尚不清楚,这可能是纳米医学广泛转化的主要障碍。相反,如果了解这些生物效应,也可以将其用于医疗目的。

本综述重点


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