1、INC國際神經外科醫生集團 神經外科是一門藝術INC國際神經外科醫生集團，致力于中外神經外科技術的交流、合作、促進和提高，同時針對高端人群及疑難手術病例，提供更好的診療和手術方案。納米技術在膠質瘤治療中的應用前景縱觀人類文明，我們對發現和理解宇宙自然規律的渴望推動了科學革命和技術創新。在行為、細胞和分子水平上揭示人類思維高度復雜和智能的設計，已經吸引了哲學家、科學家和臨床醫生。世紀之交標志著神經科學研究新時代的開始。隨著分子生物學和功能基因組學的出現，科學家們開始闡明神經元在分子水平上的相互作用是如何導致功能和行為特征的，這對設計先進的診斷和治療平臺具有重大意義。特別是神經外科干預，需要高精度

2、和先進的儀器來實現靈敏和具體的監測和指導功能，但目前在大腦檢測和成像技術方面的局限性阻礙了這一領域的發展。然而，將納米技術引入生物醫學研究，有望克服許多現存的問題。納米技術涉及到制造通常小于100納米(或1000億分之一米)的材料，用于實際應用。在這個尺寸范圍內，材料開始經歷過渡的物理性質，這是不存在的體積或分子形式。例如，在光激發下，半導體(納米晶體或量子點Qdots)具有獨特的能力，可以發出不同波長的光，而這些光的波長取決于其核心的大小，而暴露在外部電磁輻射下的金屬納米粒子則在其表面附近顯示出大小相關的電場。另一方面，納米材料可以用于診斷和治療。因此，將不同類型的納米材料及其表面修飾相結合

3、，可以為各種疾病的識別和治療提供前所未有的好處。對于INC國際神經外科醫生集團旗下世界神經外科顧問團(WANG)成員、“加拿大更佳醫生”榮譽獲得者之一、多倫多大學兒童病院亞瑟和索尼亞拉巴特 HYPERLINK /naoliu/ HYPERLINK /naoliu/ t /jiaozhiliu/_blank 腦瘤研究中心主任、多倫多大學外科學系教授/系主任James T.Rutka教授來說，并不是難事。Rutka教授在神經外科已經具有幾十年的豐富經驗，而且從醫以來，就一直專注于兒童神經外科疾病的診療與研究，已經為無數的兒童神經外科腫瘤患者解除了病痛。Rutka教授所在的多倫多大學附屬兒童醫院，也

4、是一直專注于兒童疾病的診療，并且是加拿大規模較大的集治療、科研和教學為一體的兒童醫院之一，兒童醫院排名在北美前三，2009到2010年間，醫院接收14000例住院病人和215000例急診病人，這是一家世界上最知名的兒童醫院之一。其實驗室在研究 HYPERLINK /naoliu/ t /jiaozhiliu/_blank 腦腫瘤生長和侵襲的機制方面頗有成就，并在Sunnybrook健康科學中心和多倫多大學生物材料和生物醫學工程研究所的合作下，正在設計一種基于納米顆粒的輸送系統，作為治療膠質瘤的一種新方法。James T.Rutka教授在本文簡要概述了與神經外科醫生相關的生物神經技術的前沿進展，

5、并強調了其有前途的臨床應用，目的是為腦瘤的治療提供更大的發揮空間。在臨床應用納米技術的影響極有可能超越神經科學和分子生物學的界限，并在神經外科和神經學實踐中提供重要的益處。腫瘤成像與近紅外發射納米粒子從診斷的角度來看，熒光納米材料可以通過選擇適當的波長或通過合理設計和修飾納米材料的表面化學來提高檢測靈敏度。最近有幾個研究小組證明，Qdots光致發光可以選擇性地調節到近紅外(NIR)區域。這種波長窗口具有重要的實際意義，因為生物組織表現出最小的光散射、吸收和自熒光特性，這使得樣品信號強度顯著增強，同時降低了背景噪聲水平。隨著專業成像平臺的實現(圖1)，這些系統也可以擴展到輔助手術管理;Soles

6、z等人使用Qdots對各種高空間分辨率的動物模型進行實時光導手術切除前哨淋巴結。基于熒光的圖像引導的外科器械的臨床應用正在積極地發展，潛在地，使用近紅外光的實時光學引導手術將幫助神經外科醫生以更高的效率和準確性來精確地切除病變組織。圖1：為術中近紅外(NIR)熒光成像系統、納米技術驅動的靶向給藥平臺的潛在裝置。用于藥物傳遞的納米材料與傳統的游離藥物相比，包括脂質和聚合物在內的各種材料的納米載體系統具有更好的藥動學和藥效學特性。布洛芬包裹的脂質納米顆粒具有較強的抗炎作用，且具有較長的循環時間和較長的藥物釋放時間。這種給藥系統可以用來控制術后疼痛和炎癥。由銀和可生物降解的聚合物納米顆粒組成的治療平

7、臺，目前正在研究它們對各種術后并發癥的療效，如微生物傷口感染、過度瘢痕組織形成和不良組織粘連。因此，除了材料特性的直接診斷和治療作用外，納米材料還可以潛在地用于膠質瘤患者的術后護理。雜化納米材料的應用除了非特異性(或被動)傳遞納米材料外，靶向納米結構的功能成像已經開始出現，具有潛在的臨床應用價值。與抗體、多肽、寡脫氧核苷酸(ODN)等分子靶向劑偶聯的Qdots可靜脈注射，在膠質瘤內積累，用于術中光學引導。Qdot生物偶聯物在腫瘤內的滯留是其血管系統通透性增強的直接結果，因為眾所周知，腫瘤分泌過多的促血管生成和抗血管生成因子會導致內皮細胞和血管周圍細胞的異常生長，從而導致血管滲漏。此外，在腦腫瘤

8、床內缺乏功能性淋巴管會導致擴散的納米顆粒的滯留增強。一旦暴露于局部腫瘤微環境，靶向分子選擇性地與腫瘤細胞膜表面標志物結合(圖2)。靶向分子與腫瘤抗原或特異性受體之間的強結合親和力可以減少納米顆粒向周圍健康組織的不良擴散，減少不良反應。在許多情況下，腫瘤細胞通過特異性或非特異性的內吞過程主動吞噬納米生物偶聯物，進一步增強靶向治療的有效性。圖2：腦腫瘤功能納米檢查的一般原理。利用腫瘤靶向生物分子(a)，如抗體、多肽或反義寡脫氧核苷酸(ODN)功能化的納米工程粒子。靜脈注射的納米顆粒被被動地靶向于腫瘤特異性的積累，這是由于不正常的增強滲透和保留效應(b)。一旦到達目的地，納米顆粒上的靶向分子就會特異

9、性地與腫瘤細胞結合，從而增加藥物的有效載荷，同時最大限度地減少不良的全身副作用。納米粒子的特定積累可能被用于精確檢測和成像腦腫瘤。除了傳統的金屬和半導體納米顆粒外，碳基納米材料也有許多臨床應用。例如，碳納米管已被用作生物醫學成像的光學探針。它們對神經障礙的治療作用正開始得到認識。最近，Lee等人在小鼠卒中模型中直接將胺修飾的單壁碳納米管(SWNT)注入側腦室。神經保護作用和增強的行為功能被證明與顯著減少炎癥，細胞死亡，和神經膠質細胞的激活。有趣的是，用RGD(argi-gly-asp基序)肽包覆這些SWNT可以高效靶向膠質瘤，并通過增強小鼠CpG(胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤)ODN傳遞來刺激抗腫瘤免

10、疫反應。這些初步的研究證實了碳納米管在腫瘤內有效的分子靶向治療膠質瘤的潛力。納米醫學研究的另一個新興領域是利用混合納米材料開發用于臨床應用的多模態平臺，包括圖像引導手術。例如，Kircher等人使用與近紅外色團結合的磁性氧化鐵納米顆粒進行術前和術中MR成像，以在腦腫瘤切除過程中提供光學指導。被動的納米顆粒在腫瘤內積聚，增強了惡性組織和周圍健康組織的熒光和MRI窗口的對比分化。鐵納米顆粒的內吞作用對病灶的大小及微轉移的檢測均有良好的效果。考慮到增強的腫瘤邊界定義、延長腫瘤特異性積聚的半衰期、增加腫瘤靶向性，該技術可以顯著提高對膠質瘤準確活檢和切除的手術計劃。納米技術還可以與干細胞方法學相結合，形

11、成另一種混合方法。例如，Jokerst等人使用多模態硅基納米顆粒跟蹤人骨髓間充質干細胞(hMSC)移植后的熒光、超聲和MRI表現。這為同時進行具有高分辨率和檢測靈敏度的圖像引導提供了可能性，從而為在臨床環境中改進基于細胞的治療開辟了可能性。當前的限制和未來的展望自從納米技術引入生物醫學領域以來，已經過去了十多年。然而，盡管最近取得了進展，其臨床應用仍然局限于原則的證明，在臨床翻譯方面進展緩慢。使用異質納米材料所涉及的技術和倫理問題都阻礙了其整合到患者的治療中。生物因素為了將生物陽極技術應用于臨床，必須進行徹底的分析，以解決目前存在的幾個基本問題。納米材料的毒性及其相關的環境危害的研究是絕對必要

12、的。在這些研究以系統的方式進行之前，納米技術用于人類的轉變可能會引起一些擔憂。此外，由于生物系統以前沒有遇到過類似的合成材料，我們的身體如何應對和處理這些化合物仍然是科學界的一個持續的爭論。例如，大腦內的靶向傳輸是通過聚合物納米顆粒實現的。盡管它們能夠穿透血腦屏障而沒有任何明顯的生理變化，但無論是功能改變還是急性或慢性納米材料暴露后的腦組織損傷，都沒有得到充分的評估。重要的是，目前使用的許多納米顆粒的主要成分包括離子形式的高毒性重金屬。最近對動物模型的研究表明，單劑量的納米造影劑或療法遠遠低于重金屬中毒的限制;然而，考慮到人體無法分解這些納米材料，它們的累積效應很難評估。如果不完全了解納米材料

13、代謝及其后續清除的途徑，慢性累積效應就不能被忽視。此外，暴露在納米材料中影響胎兒發育也是一個主要問題。Yamashita等人在小鼠體內證明，靜脈注射70納米二氧化硅和35納米鈦納米顆粒可導致妊娠并發癥，包括胎盤和出生體重低、子宮變小以及注射物質在胎兒大腦和肝臟的積聚。鑒于這些初步結果，謹慎使用納米材料似乎是合理的。技術因素盡管納米顆粒具有巨大的潛在好處，但為了與現有技術競爭，有必要對可重復合成納米顆粒進行重大改進。跨學科合作的需要除了生物和技術方面的挑戰外，還需要大量的資源來維持迅速發展的生物陽極技術領域。廣泛的專業知識，在化學，工程，分子生物學和醫學是必要的合成，建立和應用納米材料的生物醫學應用。為了建立實用的系統來滿足各種醫療需求，必須打破目前學科之間的障礙。由于不同專業的醫生在確定具有重要臨床意義的關鍵問題方面處于前沿，因此他們與納米技術人員之間的科學交流繼續蓬勃發展是至關重要的。合作是朝著這個方向邁出的第一步，建立更加多樣化的多學科“混合”的科學領域可以進一步幫助這一正在進行的進程。結論納米材料的物理性質可以通過改變其大小、形狀或組成來控制，并可調整