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厚积薄发的稀土材料 生物医疗领域绽放新光

启明星 2018-09-17 2766 177

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广受关注的稀土材料具有十分突出的优良特性,渗透到生活各个领域。近年来,稀土材料在一些生物医疗领域再度展现自身的独特魅力与作用。本文简要概述了稀土材料在医药中常规应用之外,重点展望稀土材料在癌症诊疗方面的发展前景。

  摘要:广受关注的稀土材料具有十分突出的优良特性,渗透到生活各个领域。近年来,稀土材料在一些生物医疗领域再度展现自身的独特魅力与作用。本文简要概述了稀土材料在医药中常规应用之外,重点展望稀土材料在癌症诊疗方面的发展前景。

  有关稀土元素在生物医学中的应用开发和理论研究,是全世界长期以来最为重视的研究项目之一。早在十九世纪,铈盐已在药物中得到应用,硝酸铈被首先报道具有缓解呕吐的效果。近几十年来,开发应用于生物治疗的稀土材料方面更是取得了瞩目的成果。从60年代以来,一系列具有特殊药效作用的稀土化合物被陆续开发出来,它们是Ca2+离子的优良拮抗剂,有明显的镇静止痛效果,被广泛应用于炎症、烧伤、血栓病、皮肤病等方面的治疗。在抗凝血方面,稀土化合物也具有十分特别的功效,用于体内外均能抑制血液的凝固,特别是静脉注射后立即产生抗凝血效果。铈盐还具有突出的抗炎作用,可以明显地提高治疗烧伤效果,减轻创面炎症,加速创面的愈合。针对皮肤炎、牙龈炎、静脉炎和鼻炎等,稀土药物均有意想不到的疗效,现在许多国家争相研发稀土抗炎药物,期望有所更大的突破。另外,近年来临床观察到稀土化合物在抗动脉硬化方面具有疗效,受到各国医药研究的极大关注,因为冠状动脉硬化已成为工业化国家人群发病死亡的最大因素。除这些常规的医药应用外,一些新兴高端应用的稀土材料如雨后春笋一般涌现出来,展现出极大的发展前景和需求空间。在此,笔者就癌症治疗方面谈谈稀土材料在生物医疗方面发挥的独特作用。

稀土纳米材料靶向治疗

  每年有数百万人因癌症死亡,因此癌症治疗的研究是目前乃至以后数十年一个至关重要的世界性课题。由于病毒的高突变率和遗传异质性,癌症治疗至今仍然十分复杂并具有挑战性。因此,有许多关于癌症治疗的新材料和新机制的探索出现。尤其是,稀土纳米材料在位置识别和成像方面拥有极大的优势。因此,稀土纳米材料与多种治疗剂和多功能探针结合,用于生物成像和肿瘤靶向治疗。这类组合的多功能探针能提供极好的成像功能、肿瘤靶向识别和治疗效率,从而形成多功能诊疗系统。迄今为止,这种组合已经成功应用于光动力疗法(PDCT)、光热疗法治疗(PTT)和化疗药物的载送。

  光动力疗法 (PDT)

  光动力疗法涉及一个重要的组成部分—光敏剂,它是一个光敏分子,用作光敏药物。光敏剂能直接渗入细胞膜内,而不进入细胞核。光敏剂被生物组织摄取后,可以较长时间滞留其内。PDT疗法的疗效同所采用的光敏性分子种类有很大关联,会随光敏剂的改变而展现出不同的治疗效果。其工作原理为,使用适当波长光照射后,光敏剂会被激发并将能量传递给周围的分子氧,以产生具有细胞毒性和活性的单线态氧,这种单线态氧可以氧化并杀死癌细胞。事实上,大多数光敏剂能被可见光有效激活,然而可见光在生命活体组织中的穿透深度十分有限。因此,科学家们提出,利用上转换材料和光敏剂组合,上转换材料将红外光转换成可见光来激活光敏剂材,比如NaYF4:Yb、Er可以有效的将980nm的红外光转换成可见光,成为目前热点研究的具有医疗应用前景的上转换材料。

  光热疗法(PTT)

  光热疗法是采用材料将光辐射转换成热,通过升高温度诱导细胞内蛋白变性或破坏膜,导致癌细胞的热消融。与化疗或手术相比,PTT更加微创。因此在癌症治疗中引起了越来越多的关注。以前,贵金属材料,如金银纳米棒、纳米笼和纳米壳,都用作光热体,因为它们在在近红外区具有很强吸收。最近研究发现了一些新型的稀土纳米光热材料, 比如NaYF4:Yb,Er@Fe3O4@Au−PEG组合体,在808nm附近的红外区具有强烈吸收功能,具备很强的生物成像引导和磁靶向效果。与手术或化疗相比,PTT可以减轻患者的疼痛,治疗时间极短(大约几分钟),治疗效果更加明显。但是,人们对该类材料的治疗机理尚未完全研究清楚,难以达到最佳设计效果;并且由于激光对人体的透射能力有限,无法入射到机体深层,导致对于肿瘤内部缺乏杀伤力;另外,这种材料用于人体治疗后其潜在毒性不确定。

  药物载体

  药物载体组合是另一种有效的治疗模式,它可以通过药物载体以受控的方式将化疗药物递送至靶细胞或组织。理想的药物递送系统,尤其是纳米工程药物递送系统,可以选择性地滑入病毒组织中,并在到达目的地之前保护药物免受生物降解。近年来开发的许多稀土离子掺杂的纳米孔洞材料,如Yb(OH)CO3@YbPO4:Er纳米材料,是化疗药物的良好载体,并具有良好的肿瘤细胞靶向识别能力。提高药物的生物利用率、靶向定位准确度和降低毒副作用,一直是药物载体领域研究的重点。目前而言,大多数药物载体仍然面临适用范围窄、包封率低、研制成本高和临床应用率较低等问题。相信在不久的将来,智能型药物载体将在临床上得到广泛的应用,成为人类征服肿瘤疾病的利器。

  全民健康水平的提高依赖于医疗技术的进步,稀土材料可以为高端医疗技术锦上添花。针对生物医疗应用的特殊要求,开发毒副作用小、成本低廉、临床利用率高、治疗效果好的生物医疗材料,为实现高端医疗水平提供优质的材料保障,仍是当前的重要任务。


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