凌祥，李尚飛，龍威，楊宇涵，蔡挺

（中國(guó)藥科大學(xué)藥學(xué)院藥劑系，江蘇 南京 210009）

1 納米晶概述

納米晶多為單相或多相多晶體，其尺寸在至少一個(gè)維度上為幾個(gè)納米到幾百納米的數(shù)量級(jí)。納米晶的晶體形貌極細(xì)，晶界可占整個(gè)材料的50%以上，三維原子結(jié)構(gòu)存在偏離原本對(duì)應(yīng)的周期性排列的特點(diǎn)，因此所構(gòu)成納米晶的性能也不同于相同成分的晶體或非晶體。通常情況下，粒子尺寸減小至微納尺寸，會(huì)引起材料宏觀物理、化學(xué)等性能變化，即小尺寸效應(yīng)。納米晶主要包括藥物納米晶、無(wú)機(jī)納米晶和量子點(diǎn)（quantum dot，QD）、納米晶金剛石（nanodiamonds，NDs）、纖維素納米晶（cellulose nanocrystals，CNCs）和其他納米晶等（見圖1）。納米晶具有眾多優(yōu)勢(shì)，如藥物納米晶的溶出速率和飽和溶解度較大。根據(jù)Noyes-Whitney和Freundlich-Ostwald方程，當(dāng)藥物的粒徑減少到納米級(jí)別時(shí)，由于其表面積的增大，其溶出速率和飽和溶解度也隨之增大[1]。納米晶還具備與體內(nèi)腸壁接觸面積大、黏附性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此其生物利用度也隨之顯著提高。隨著對(duì)納米晶研究的不斷深入，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也正逐步展現(xiàn)。如藥物納米晶同時(shí)將納米技術(shù)和晶型研究進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提供了一種安全、穩(wěn)定和高效的新型給藥策略，能夠提高難溶性藥物的溶出，增強(qiáng)藥物的緩釋和靶向作用，豐富藥物的給藥途徑等，對(duì)于提高藥物成藥性和新藥開發(fā)具有良好的促進(jìn)作用[2]。

圖1 納米晶主要分類Figure 1 Main categories of nanocrystals

隨著腫瘤學(xué)研究的進(jìn)展，納米晶材料在腫瘤診療領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值得到進(jìn)一步拓展，具有極大的應(yīng)用前景。譬如一些納米晶體系裝載并遞送藥物時(shí)可以提供一個(gè)相對(duì)封閉的包藥環(huán)境，能夠有效減少或避免藥物的毒副作用。腫瘤高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使納米級(jí)別尺寸的顆粒物在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)能夠趨向性地在腫瘤附近聚集，從而為納米晶靶向治療提供了理論依據(jù)。此外，納米晶材料在進(jìn)一步表面修飾后可以賦予其特定的生物學(xué)功能，進(jìn)而改善其體內(nèi)效應(yīng)[3]。一些納米晶材料如金納米晶（Au nanocrystals，Au NCs）、氧化鉿納 米 晶 （HfO2nanocrystals，HfO2NCs）不僅能作為藥物遞送載體，其自身還具有放療增敏、光熱轉(zhuǎn)換等效果，使得這些材料在腫瘤診療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值。雖然納米晶體系在腫瘤診療領(lǐng)域的應(yīng)用充滿機(jī)遇，但真正應(yīng)用于臨床或進(jìn)入臨床前研究的仍然屈指可數(shù)，納米晶的生物相容性，尤其是無(wú)機(jī)納米晶的體內(nèi)代謝和生物安全性仍然存在風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步深入研究。

2 納米晶的制備與修飾

2.1 納米晶的制備技術(shù)

藥物納米晶是指無(wú)載體、含少量穩(wěn)定劑的納米膠態(tài)顆粒，可顯著改善藥物的可潤(rùn)濕性和溶解性。藥物納米晶可以由“自上而下”（top-down）法、“自下而上”（bottom-up）法以及2種方法的組合技術(shù)來(lái)制備，其中top-down和bottom-up的制備過程如圖2所示。Top-down法主要通過介質(zhì)研磨或高壓均質(zhì)等方法將大粒徑藥物晶體粉碎至納米級(jí)尺寸。通過該方法制備的藥物納米晶通常具有較窄的粒徑分布和可控的粒徑大小，且制備過程中不需要有機(jī)溶劑，操作較為簡(jiǎn)單。Hao等[4]采用微射流法成功制備了粒徑小且均勻的阿霉酮B（amoitone B）納米晶并對(duì)其形態(tài)學(xué)進(jìn)行了表征，證實(shí)了納米晶在尺寸減小的過程中沒有出現(xiàn)晶型的改變。用這種阿霉酮B納米晶配制溶液，其飽和溶解度增加，體外溶出速度加快，可通過靜脈注射給藥。Top-down法容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，目前已有數(shù)十種上市產(chǎn)品，然而這種制備方法能耗較高，且長(zhǎng)時(shí)間的研磨和均質(zhì)可能會(huì)對(duì)藥物造成一定的污染和降解[5]。Bottom-up法將藥物溶液與藥物溶解性較差的反溶劑混合，降低藥物溶解度，從而促進(jìn)成核及生長(zhǎng)過程來(lái)獲得藥物納米晶，這種方法又被稱為反溶劑沉淀法[6]。Gao等[7]采用蒸發(fā)沉淀法制備了紫杉醇納米晶，其平均粒徑約135.4 nm。該研究結(jié)果顯示，紫杉醇納米晶的半數(shù)致死量（median lethal dose，LD50）是市售注射劑的2倍，可顯著提高小鼠的耐受劑量，并表現(xiàn)出與注射液不同的藥代動(dòng)力學(xué)特性。但是bottom-up法在制備的過程中需要使用有機(jī)溶劑，殘留溶劑可能會(huì)產(chǎn)生毒性，并且該方法在進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)存在挑戰(zhàn)，目前在生產(chǎn)中應(yīng)用較少。組合技術(shù)通常首先使用bottom-up法進(jìn)行預(yù)處理，隨后再應(yīng)用topdown法，用于縮短制備時(shí)間，同時(shí)獲得粒徑分布范圍較窄的藥物納米晶。Yang等[8]用一種不含穩(wěn)定劑和有機(jī)溶劑的組合方法制備了10-羥基喜樹堿（10-Hydroxycamptothecin，10-HCPT）納米晶體。與10-HCPT注射劑相比，10-HCPT藥物納米晶在細(xì)胞和動(dòng)物水平均呈現(xiàn)出更好的藥效學(xué)效果。然而組合技術(shù)的操作相對(duì)較為復(fù)雜，通常只有在能夠顯著改善藥物納米晶成藥性時(shí)才有較大應(yīng)用價(jià)值。

圖2 “自上而下法”和“自下而上法”制備過程示意圖Figure 2 Schematic diagram of "top-down" and"bottom-up" preparation process

無(wú)機(jī)納米晶主要包括金屬及其氧化物的納米顆粒，其制備方法也可分為top-down法和bottom-up法，基于這2種方法又可細(xì)分為化學(xué)法、物理法和生物法?；瘜W(xué)法是合成金屬納米晶的主要方法，通常還需加入穩(wěn)定劑控制粒徑大小和分布，如銀納米晶（Ag NCs）主要是在表面活性劑存在的情況下由乙醇還原硝酸銀所得。金屬納米晶廣泛使用的穩(wěn)定劑有聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、檸檬酸鹽和纖維素等，主要用于減少顆粒的聚集，提高其分散性。物理法通常需要借助紫外照射、微波輔助、熱分解、乳化等方式，具有一定的優(yōu)勢(shì)，如微波輔助與傳統(tǒng)加熱相比可顯著提高反應(yīng)速率以改善均質(zhì)性[9]。生物法主要是采用如羥胺、抗壞血酸等還原劑進(jìn)行生物還原，也可以使用生物制劑、植物提取物、微生物等還原劑進(jìn)行綠色合成[10]。

QD是指尺寸在2 ~ 10 nm之間的半導(dǎo)體納米晶體顆粒，其以半導(dǎo)體晶體為基礎(chǔ)，每一個(gè)粒子均是單晶。QD的命名來(lái)源于半導(dǎo)體納米晶的量子限域效應(yīng)或量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)半導(dǎo)體晶體小至納米尺度（1 nm大約等于頭發(fā)絲寬度的1/10 000），不同的尺寸發(fā)出不同顏色的光，其發(fā)光顏色可以覆蓋從藍(lán)光到紅光的整個(gè)可見區(qū)，而且色純度高、連續(xù)可調(diào)。由于QD是具有獨(dú)特光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)的納米粒，已在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大應(yīng)用潛力。制備QD的常用方法有外延生長(zhǎng)法和膠體法。前者可以使QD有序生長(zhǎng)，合成過程通過液相外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積和分子束外延進(jìn)行；后者通過液相縮合，使前體過飽和，進(jìn)而導(dǎo)致QD成核。此外，微流控技術(shù)可以為疾病標(biāo)志物的診斷提供一個(gè)有效的平臺(tái)，通過這種方法制備QD，使其在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具備一定的應(yīng)用前景。微流控技術(shù)制備方法主要包括連續(xù)流、分段流和液滴微流控技術(shù)[11]。

NDs作為另一種碳基納米材料，由于具有良好的理化特性和生物相容性，也得到廣泛研究。NDs的制備分為大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)方法和小量實(shí)驗(yàn)室制備法，前者包括靜態(tài)合成、爆轟技術(shù)的動(dòng)態(tài)合成、激光燒蝕、化學(xué)氣相沉積法（chemical vapor deposition，CVD）等，后者包括等離子體輔助CVD、高壓釜合成、石墨離子輻照、真空加熱和超聲空化等[12]。此外，CNCs可采用化學(xué)方法從植物纖維素中分離得到。改進(jìn)后的CNCs制備方法主要通過進(jìn)一步酸水解微晶纖維素來(lái)破壞糖苷鍵以去除纖維素的無(wú)序部分，其形貌為棒狀或針狀納米晶體，其寬度可小至5 ~ 20 nm，長(zhǎng)度通常在100 ~ 200 nm之間，并且能夠在血液循環(huán)中保持其粒徑和桿狀。除了纖維素材料優(yōu)異的生物相容性和可再生性外，CNCs還因優(yōu)異的高縱橫比、高強(qiáng)度、豐富的表面羥基和良好的生物相容性引起廣泛關(guān)注[13]。

2.2 納米晶的修飾

納米晶的表面修飾方法與普通的納米粒的修飾方法類似，一般采用物理、化學(xué)等深加工處理方法對(duì)納米粒的表面進(jìn)行特定修飾，從而控制其內(nèi)應(yīng)力，增加納米晶間的斥力，降低引力，使晶粒的表面物理、化學(xué)性質(zhì)（形貌、晶體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)、官能團(tuán)表面能、表面疏水性、表面潤(rùn)濕性、表面電勢(shì)、表面吸附和反應(yīng)特性等）發(fā)生變化，有目的地改變納米晶的形態(tài)、電荷、分布等理化性質(zhì)，從而賦予納米晶新的分散性、相容性和靶向性等特點(diǎn)。

另一方面，納米晶在制備和儲(chǔ)存過程中容易發(fā)生聚集，造成粒徑增大、穩(wěn)定性降低。考慮到納米晶具有巨大的比表面積且表面常存在各種可修飾的官能團(tuán)，通過表面修飾無(wú)疑是改善其穩(wěn)定性的有效手段。納米晶的表面修飾方法通常分為物理吸附和化學(xué)鍵合2種，如表面活性劑、高分子聚合物通過物理相互作用吸附在納米晶表面，抑制納米晶聚集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)納米晶穩(wěn)定性的控制。Katsuhiko等[14]將聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone，PVP）/十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）作為穩(wěn)定劑吸附于格列苯脲（glibenclamide，GLB）表面，優(yōu)化GLB/PVP/SDS三元熱擠出物制備穩(wěn)定的格列本脲納米晶。該研究表明，將PVP和SDS作為穩(wěn)定劑可有效控制納米晶的結(jié)晶度，使其形成穩(wěn)定的藥物晶體。此外，通過物理吸附在納米晶表面覆蓋一層涂層可賦予其腫瘤靶向等附加功能。例如Talekar等[15]以泊洛沙姆188/葉酸偶聯(lián)物作為穩(wěn)定劑，采用高壓均質(zhì)法制備了磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K）抑制劑——PIK-75納米晶。研究表明，這種靶向PIK-75的藥物納米晶可顯著增強(qiáng)藥物在腫瘤部位的吸收，進(jìn)而改善治療效果。

化學(xué)鍵合是指通過化學(xué)反應(yīng)在納米晶表面引入基團(tuán)或配體，賦予其更多活性和功能。如NDs、CNCs表面具有多種活性官能團(tuán)，易于進(jìn)行化學(xué)修飾。Yu等[16]發(fā)現(xiàn)全氟辛酸功能化的NDs能夠自發(fā)轉(zhuǎn)化為分散良好且生物相容性好的超粒子納米團(tuán)簇。研究表明，基于ND的超粒子（superparticle，SP）ND-SPs具有細(xì)胞膜的高穿透性，因此可用作傳統(tǒng)納米藥物的載體，ND-SPs在體外和體內(nèi)均具有消滅癌細(xì)胞的功效。不同制備工藝的納米晶藥物如表1所示。

表1 不同制備工藝制備的納米晶藥物Table 1 Nanocrystalline drugs prepared by different preparation processes

3 納米晶在腫瘤診療中的應(yīng)用

3.1 藥物納米晶

相比于傳統(tǒng)制劑，藥物納米晶因比表面積劇增而通常具有更好的溶解度和生物利用度，這有助于改善難溶性分子的成藥性，即水溶性差的候選藥物可以使用納米晶體技術(shù)或固體非晶態(tài)分散技術(shù)來(lái)改善其溶解性并配制成上市藥物[27]。然而，由于開發(fā)技術(shù)難度高和成本投入大，納米晶仍存在一定的轉(zhuǎn)化技術(shù)壁壘，不過目前已有一些產(chǎn)品處于臨床前、臨床開發(fā)和上市階段。市場(chǎng)上早期推出的納米晶技術(shù)產(chǎn)品是2000年惠氏公司的西羅莫司片（商品名：雷帕鳴）。雷帕鳴作為一種片劑配方，將1~2 mg的藥物納米晶摻入360 mg的片劑中以達(dá)到緩釋效果，主要用于器官移植后免疫抑制[28]。隨后帕爾制藥公司推出了醋酸甲地孕酮納米晶（商品名：Megace ES），用于癌癥和厭食癥治療。受益于納米化，Megace ES的體內(nèi)生物利用度不受食物效應(yīng)的影響且相比普通制劑顯著提高[29]。真正將納米晶技術(shù)應(yīng)用于臨床腫瘤治療的是Angiotech 制藥公司開發(fā)的紫杉醇納米晶制劑Paxceed，解決了抗腫瘤藥物溶解性難題[30]。Paxceed最大限度減少了聚氧乙烯蓖麻油引起的過敏性超敏反應(yīng)。此外，Paxceed的治療劑量也遠(yuǎn)低于常規(guī)制劑的使用劑量。納米晶技術(shù)在解決難溶性藥物溶解度問題上具有一定的優(yōu)勢(shì)，很多制藥企業(yè)也逐漸意識(shí)到藥物納米晶潛在的商業(yè)開發(fā)價(jià)值，并將其作為重要的制劑技術(shù)。但是藥物納米晶作為新興研究方向，仍然有大量工作亟待展開，譬如藥物納米晶體系的穩(wěn)定性、緩控釋和靶向研究等。盡管目前針對(duì)上述問題的基礎(chǔ)研究已經(jīng)有了一定成果，如制備方法逐漸完善、影響穩(wěn)定性的因素逐漸明晰，但如何提高制備效率和拓寬納米晶的應(yīng)用領(lǐng)域等方面仍需不斷深入研究。

工業(yè)上，通常將制備的納米晶體懸浮液轉(zhuǎn)化為固態(tài)，然后將固體粉末轉(zhuǎn)化為其他劑型，例如注射用無(wú)菌粉末、口服片劑和膠囊等，以增加穩(wěn)定性。除了上述制藥工業(yè)在藥物納米晶技術(shù)上的探索外，一些專利報(bào)道在多柔比星、喜樹堿、紫杉醇的納米晶中加入靶向腫瘤的配體或抗體，甚至是放射性核素或造影劑，可以達(dá)到腫瘤靶向診療的目的[31]。另一項(xiàng)研究中，藥物納米晶與客體分子（如熒光分子）進(jìn)行物理整合，從而對(duì)其進(jìn)行功能化，Hollis等[32]研究了將紫杉醇與生物響應(yīng)的MMPSense 750 FAST熒光分子和近紅外的FPR-648熒光分子進(jìn)行主客體整合獲得雜化納米晶。該納米晶中釋放的MMPSense 750 FAST分子受到體內(nèi)基質(zhì)金屬蛋白酶的刺激而活化發(fā)光，從而達(dá)到在體監(jiān)測(cè)腫瘤進(jìn)展的目的，另一種MMPSense 750 FAST熒光分子可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)納米晶在體內(nèi)的分布?？傮w而言，藥物納米晶在緩控釋、生物成像、生物傳感器等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有重要研究意義，是新藥開發(fā)的一種有效策略。

3.2 無(wú)機(jī)納米晶

無(wú)機(jī)納米晶的尺寸、形狀、電荷和表面修飾可精確控制，同時(shí)大部分無(wú)機(jī)納米晶又具有獨(dú)特的光電學(xué)性質(zhì)，可用于結(jié)合免疫療法介導(dǎo)腫瘤消融[33]。作為一類金屬及其氧化物的納米顆粒，無(wú)機(jī)納米晶在腫瘤診斷醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有初步應(yīng)用，但在腫瘤治療領(lǐng)域仍處于臨床前研究階段，很少能有無(wú)機(jī)納米晶成功進(jìn)入臨床試驗(yàn)[34]?；谫F金屬的新型納米結(jié)構(gòu)材料因其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和催化性能，近年來(lái)備受科研人員關(guān)注，其中Au、Ag元素構(gòu)建的納米晶具有成熟的制備工藝、特殊的理化特性、良好的穩(wěn)定性和較低的生物毒性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得了突破性應(yīng)用。Conde等[35]構(gòu)建了基于Au NCs的局部三聯(lián)療法，在水凝膠貼片中，球形Au NCs遞送針對(duì)Kirsten鼠肉瘤病毒癌基因（kirsten rat sarcoma viral oncogene，KRAS）的小干擾RNA（siRNA），用于基因治療；棒狀A(yù)u NCs介導(dǎo)近紅外輻射的熱轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致化療藥物釋放和熱致細(xì)胞損傷。這種局部三聯(lián)療法能夠完全緩解原發(fā)性腫瘤的惡性進(jìn)展，同時(shí)有效預(yù)防術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)。與性能穩(wěn)定的Au NCs不同，Ag NCs雖然具有良好的自然豐度和較低的成本優(yōu)勢(shì)，但因其易氧化而極大地限制了Ag納米材料的發(fā)展。Porto等[36]開發(fā)了三原子的Ag原子量子簇用于靶向染色質(zhì)，在原位肺癌模型中與順鉑共同給藥取得了良好的療效，因而可作為一種化療強(qiáng)化的潛在手段。Chakraborty等[37]證實(shí)Ag NCs還能通過降低腫瘤微環(huán)境中的白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）信號(hào)傳導(dǎo)以減少促腫瘤細(xì)胞因子分泌，從而對(duì)纖維肉瘤具有一定的療效。

與金屬納米顆粒相比，金屬氧化物納米顆粒極大地豐富了無(wú)機(jī)納米晶的性能。新型疫苗的開發(fā)對(duì)免疫佐劑提出了更高的要求。作為經(jīng)典可靠的疫苗佐劑，鋁鹽除了通過儲(chǔ)存庫(kù)效應(yīng)和免疫刺激效應(yīng)增強(qiáng)免疫應(yīng)答外，還可促進(jìn)抗原遞呈細(xì)胞的活化和成熟以提高其對(duì)抗原攝取的同時(shí)，活化炎性小體參與免疫反應(yīng)。Moyer等[38]發(fā)現(xiàn)工程化的抗原結(jié)合鋁質(zhì)納米晶可增強(qiáng)體液免疫。與傳統(tǒng)明礬吸附免疫原相比，經(jīng)過聚磷酸絲氨酸修飾的免疫原引發(fā)了明顯的生發(fā)中心，這些納米粒被運(yùn)輸至淋巴結(jié)并通過多價(jià)和定向遞呈抗原觸發(fā)B細(xì)胞活化。

作為一種電離輻射，放療是用于癌癥治療的非手術(shù)常規(guī)治療手段。Nanobiotix公司開發(fā)的NBTXR3在歐洲獲得了Hensify?商標(biāo)的上市許可，用于治療軟組織肉瘤，另外其正在開展8項(xiàng)針對(duì)多種類型癌癥的臨床試驗(yàn)。基于HfO2NCs的NBTXR3是一款創(chuàng)新放療增強(qiáng)劑，瘤內(nèi)注射給藥后通過放療激活自由基生成，直接破壞腫瘤細(xì)胞并激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答，可作為局部晚期肢端或軀干軟組織肉瘤的新型治療選擇[39]。作為氧化還原酶（如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等）的人工底物，Zeng等[40]發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸介導(dǎo)的氧化鈰納米晶（CeO2nanocrystals，CeO2NCs）對(duì)活性氧誘導(dǎo)的機(jī)體損傷表現(xiàn)出有效的保護(hù)作用，可用于調(diào)控光動(dòng)力治療過程中產(chǎn)生的過量活性氧。CeO2NCs的輻射防護(hù)和光防護(hù)特性有助于其在腫瘤放療和光動(dòng)力治療領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮重要應(yīng)用。

惡性腫瘤轉(zhuǎn)移會(huì)增加對(duì)機(jī)體的損害作用，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)歸。半導(dǎo)體QD納米晶作為一類獨(dú)特的光學(xué)成像熒光探針，具有可調(diào)的光學(xué)特性、高穩(wěn)定性以及表面功能化特性，與美國(guó)食品和藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)的癌癥成像的熒光分子相比，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[41]。Liu等[42]通過使用近紅外QD和陽(yáng)離子供體膜不滲透腐蝕劑，后者通過陽(yáng)離子交換快速猝滅QD，促進(jìn)QD釋放出的金屬離子在腎臟的清除；通過使用腫瘤穿透肽將QD靜脈注入小鼠原位乳腺和胰腺腫瘤；隨后淬滅多余的QD，在血管外腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞中留下完整QD提供的高度腫瘤特異性信號(hào)。半導(dǎo)體QD納米晶提供了體內(nèi)高分辨追蹤細(xì)胞的潛力。

3.3 其他納米晶

除了上述藥物納米晶和無(wú)機(jī)納米晶外，NDs、CNCs等在腫瘤診療領(lǐng)域內(nèi)也具有重要應(yīng)用。

作為一種新型碳基材料，NDs具有化學(xué)穩(wěn)定性高、生物相容性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前已知毒性最低的納米材料之一。經(jīng)爆轟法制備的NDs粒徑可達(dá)2 ~ 10 nm，具有巨大的比表面積和豐富的表面官能團(tuán)（如羥基、烯基、酮基、羰基等），為其進(jìn)一步修飾提供了便利[43]。例如表面功能化的NDs通過與藥物、核酸、蛋白質(zhì)等分子物理吸附或共價(jià)結(jié)合，應(yīng)用于藥物/基因遞送和蛋白分離。表面功能化的NDs顯示出良好的藥物負(fù)載性能，在腫瘤診療領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)，將阿霉素（doxorubicin，DOX）負(fù)載在聚乙二醇修飾的碲化鎘量子點(diǎn)（PEG-CdTe QDs）上；PEG-CdTe-DOX通過聚乙烯的組織相容性促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)藥物積累，并以pH控制的方式將DOX釋放到微環(huán)境中，從而提高骨髓瘤細(xì)胞的治療效果和凋亡率[44]。

碳量子點(diǎn)（carbon quantum dots，CQD）是CD納米晶中的代表，其由分散的類球狀碳顆粒組成，尺寸極?。ㄔ?0 nm 以下），是具有熒光性質(zhì)的新型碳材料。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，CQD不僅具有傳統(tǒng)QD的發(fā)光性能，還具有水溶性好、生物毒性低和導(dǎo)電性好的優(yōu)勢(shì)，因此在生物成像、生物標(biāo)記、傳感、催化等領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注[45]。采用CQD熒光進(jìn)行體內(nèi)追蹤的研究已相當(dāng)廣泛，近期研究表明CQD在腫瘤診療領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景[46]。Hua等[47]通過間苯二胺和L-半胱氨酸的一鍋水熱反應(yīng)合成了一類新型多功能化CQD，具有良好的水分散性、豐富的表面基團(tuán)、可靠的光穩(wěn)定性、優(yōu)異的生物相容性以及簡(jiǎn)單便捷的染色程序。與SYTO RNASelect（一種常用的商業(yè)核仁成像染料）只能對(duì)固定細(xì)胞中的核仁成像不同，這種CQD可對(duì)固定細(xì)胞和活細(xì)胞中核仁進(jìn)行高質(zhì)量成像，從而實(shí)時(shí)跟蹤核仁相關(guān)的生物學(xué)行為。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，這種修飾后的CQD靜脈注射后能快速、特異性地靶向腫瘤部位，并且在激光照射后能夠有效地消融腫瘤。Li等[48]開發(fā)了一種在結(jié)構(gòu)上模擬大型氨基酸的CQD，靜脈注射后能夠與腫瘤內(nèi)廣泛表達(dá)的大型中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（large neutral amino acid transporter 1，LAT1）結(jié)合，從而選擇性地蓄積在腫瘤組織，同時(shí)CQD可通過π-π堆積相互作用裝載芳香族藥物，實(shí)現(xiàn)腫瘤組織的近紅外成像和光聲成像。

作為纖維素材料中的代表，CNCs具有優(yōu)異的物理化學(xué)和生物性能，如高強(qiáng)度、高結(jié)晶度、高彈性模量、大比表面積、高反應(yīng)活性、優(yōu)異的生物相容性等，已成為纖維素科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)最有前途的候選材料之一[49]。通過酸水解法制備的CNCs形貌多呈棒狀或針狀，寬度5 ~ 20 nm，長(zhǎng)度50 ~ 200 nm，表面有大量羥基活性官能團(tuán)，易于進(jìn)行表面修飾[50]。Wang等[51]通過開環(huán)聚合合成了聚磷酸乙酯（poly ethyl ethylene phosphate，PEEP） 修飾的CNCs納米粒 （CNCs-g-PEEP）。這種帶負(fù)電荷的CNCs-g-PEEP通過靜電作用負(fù)載DOX，并發(fā)揮出良好的抗腫瘤作用。近年來(lái)報(bào)道了羥磷灰石（hydroxyapatite，HA）與各種生物分子和治療劑結(jié)合，可作為藥物遞送載體。HA納米晶比二氧化硅納米粒、QD、碳納米管或磁性粒子具有更低的毒性與pH依賴的溶解性優(yōu)勢(shì)[52]。Lelli等[53]研究了順式-1，4-二氨基環(huán)己烷和1，1-環(huán)丁烷二羧酸的2種鉑衍生物在仿生HA上的吸附和釋放行為。體內(nèi)研究顯示，HA在腫瘤部位的溶解導(dǎo)致鉑類藥物和高濃度的鈣離子與磷酸根離子進(jìn)行靶向釋放，從而誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子產(chǎn)生，抑制腫瘤增殖。納米晶在腫瘤診療中的應(yīng)用情況如表2所示。

表2 納米晶在腫瘤診療中的應(yīng)用Table 2 Application of nanocrystals in tumor diagnosis and treatment

4 納米晶的體內(nèi)過程

納米晶在體內(nèi)的行為較復(fù)雜，關(guān)于納米晶的體內(nèi)過程，如納米晶與細(xì)胞的相互作用、跨膜吸收機(jī)制和吸收動(dòng)力學(xué)等仍知之甚少，目前缺乏可靠的分析方法來(lái)識(shí)別和量化生物環(huán)境中的納米晶體。但納米晶在體內(nèi)的行為直接影響其安全性和有效性，近年來(lái)的研究通過多種成像方法檢測(cè)到納米晶的體內(nèi)行為，有助于了解納米晶的體內(nèi)過程，加深了對(duì)于不同納米晶在不同給藥方式下，與生物組織的相互作用和時(shí)空轉(zhuǎn)運(yùn)行為的理解。

4.1 藥物納米晶

不同給藥途徑會(huì)影響納米晶的體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和確定其對(duì)療效的貢獻(xiàn)，對(duì)于納米晶的設(shè)計(jì)和優(yōu)化均具有重要意義。例如，快速溶解是胃腸道給藥制劑首先遇到的問題。一些難溶性藥物可通過微納加工改善溶解度，使藥物在胃腸道內(nèi)的吸收增加，生物利用度提高。此外，在胃腸道觀察到納米晶被上皮細(xì)胞（如M細(xì)胞或腸細(xì)胞）吸收，這取決于藥物納米晶的大小和黏液滲透[61]。Imono等[62]發(fā)現(xiàn)納米晶表面修飾后，其黏膜黏附和胃滯留特性發(fā)生改變，例如使用疏水蛋白包被后最多能在胃中保留3 h。

對(duì)于眼部給藥而言，受限于眼部屏障和淚液清除作用，通常情況下藥物生物利用度不到5%[63]。納米晶提高了難溶性藥物在眼部的溶解速率和表觀溶解度，升高藥物初始濃度，這種高濃度梯度差進(jìn)而促進(jìn)藥物分子通過角膜和結(jié)膜上皮細(xì)胞進(jìn)行滲透。此外，納米晶比表面積大、黏附力強(qiáng)，顯著延長(zhǎng)了藥物局部滯留時(shí)間。

對(duì)于靜脈給藥而言，納米晶的體內(nèi)行為取決于其在血液中的溶解速率。Shen等[64]對(duì)大鼠靜脈注射槲皮素雜化納米晶（QT-HNCs），熒光成像表明QT-HNCs具有長(zhǎng)循環(huán)能力，QT-HNCs能夠以完整的納米晶形式存在體內(nèi)長(zhǎng)達(dá)48 h，且QT-HNCs在肝和肺聚集程度最高。值得注意的是小粒徑的QTHCNs更容易被肝細(xì)胞攝取，但在體內(nèi)溶解更快，導(dǎo)致QT的體內(nèi)分布更高。Zhang等[65]通過以四-（4-羥基苯）乙烯（THPE）納米晶為模型，經(jīng)激光共聚焦成像和流式細(xì)胞熒光分析發(fā)現(xiàn)，納米晶體可以完整地跨KB細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)或以溶解分子的形式被細(xì)胞攝取，且納米晶的攝取具有濃度依賴性，表明KB細(xì)胞對(duì)納米晶的吸收可能與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。研究中用染料分子進(jìn)行的觀察表明，藥物化合物的納米晶可以被細(xì)胞內(nèi)化，被內(nèi)吞的納米晶溶解并釋放藥物分子，然后進(jìn)一步擴(kuò)散到細(xì)胞外。Pi等[66]合成了一種基于姜黃素的納米晶分子探針，在小鼠尾靜脈注射后取主要器官分析發(fā)現(xiàn)該分子探針在腫瘤中的分布比在其他器官中高得多，提示此納米晶分子探針具有良好的腫瘤靶向能力，這為新型探針用于癌癥早期檢測(cè)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新思路。

對(duì)于肌肉注射給藥而言，納米晶通過控制粒徑大小可以達(dá)到緩控釋效果。帕潘立酮棕櫚酸酯長(zhǎng)效納米晶通過肌肉注射可維持1個(gè)月至數(shù)個(gè)月的療效，這類長(zhǎng)效注射劑經(jīng)皮下或肌肉注射后，藥物從注射部位緩慢溶解進(jìn)入血液，再逐步進(jìn)入血液循環(huán)發(fā)揮療效，其釋放周期取決于藥物的晶型、粒徑及溶解度等因素。藥物在體內(nèi)的吸收釋放過程主要由制劑中小粒徑的藥物晶體溶解提供初期血藥濃度，隨后藥物晶體緩慢溶解釋放藥物入血，該過程中藥物溶解速度是限速步驟，后期注射部位創(chuàng)傷逐漸形成炎性肉芽腫包埋藥物顆粒，通過微晶溶解和肉芽腫部位藥物擴(kuò)散控制藥物釋放。

4.2 無(wú)機(jī)納米晶

相比于藥物納米晶，無(wú)機(jī)納米晶大多由重金屬元素構(gòu)成，其體內(nèi)行為與毒性密切相關(guān)，需要額外關(guān)注其生物安全性問題?；贖fO2的納米晶已經(jīng)完成部分腫瘤放射增敏臨床試驗(yàn)。為了預(yù)防HfO2NCs在血液中聚集，Li等[67]開發(fā)了一種靜脈注射安全的HfO2NCs以增強(qiáng)放療效果，IR780標(biāo)記用于其體內(nèi)示蹤，與游離IR780相比，納米晶組在腫瘤區(qū)域明顯具有更強(qiáng)的熒光信號(hào)，驗(yàn)證了其腫瘤聚集特性。計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）成像也驗(yàn)證了納米晶的腫瘤富集效果。此外，透射電子顯微鏡觀察腫瘤組織切片確認(rèn)了納米晶通過內(nèi)化作用進(jìn)入腫瘤細(xì)胞。組織分布實(shí)驗(yàn)表明，大部分HfO2NCs在3個(gè)月內(nèi)完成體內(nèi)代謝清除過程。Li等[68]提出了一種同步熱療與熱響應(yīng)性局部釋藥的方法，研究發(fā)現(xiàn)采用抗人表皮生長(zhǎng)因子受體2抗體的外殼包裹磁鐵礦納米晶和5-氟尿嘧啶具有癌細(xì)胞特異性靶向能力。靜脈注射荷瘤小鼠后，主要臟器未見明顯病理變化，且藥物濃度在腫瘤內(nèi)的積累在注射后48 h明顯高于注射后24 h，這能夠在降低全身毒性的同時(shí)，顯著提高治療效果。Lv等[69]通過水熱法合成了銻摻雜氧化錫納米晶用于腫瘤光熱治療，并采用CT成像監(jiān)測(cè)瘤內(nèi)注射納米晶的體內(nèi)行為。注射后，腫瘤部位與其他組織對(duì)比具有顯著的信號(hào)，且具有長(zhǎng)期駐留腫瘤特性。此外，無(wú)機(jī)納米晶的體內(nèi)行為還與表面修飾有關(guān)。Liu等[70]在研究中發(fā)現(xiàn)，在納米晶中通過增加D-生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯（TPGS）的用量，可使癌細(xì)胞具有更高的細(xì)胞攝取率，納米晶能夠更多地蓄積在腫瘤組織。此外，納米晶的尺寸大小也會(huì)影響其體內(nèi)行為，例如Gu等[71]發(fā)現(xiàn)氧化鐵納米晶尺寸越小，在血液中的循環(huán)時(shí)間越長(zhǎng)，同時(shí)納米晶表面的PEG層也能明顯延長(zhǎng)它們的體循環(huán)；同時(shí)小尺寸的納米晶表現(xiàn)出更快的降解率與清除率，這表明納米晶的大小與結(jié)晶度是決定生物降解率和生物清除率的重要因素。無(wú)機(jī)納米晶在成藥性方面具有極大的挑戰(zhàn)，尤其涉及重金屬元素的體內(nèi)代謝，由此產(chǎn)生的毒副作用需要額外關(guān)注，此外，大部分重金屬元素在體內(nèi)具有長(zhǎng)期蓄積特性，代謝排泄困難，由此造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)大大提高。因此，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，在開發(fā)新型無(wú)機(jī)納米晶的同時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注其毒副作用。

4.3 其他納米晶

雖然CNCs、CQD等在腫瘤診療領(lǐng)域內(nèi)也具有較大的開發(fā)價(jià)值，然而，與無(wú)機(jī)納米晶類似，其體內(nèi)行為仍需要額外關(guān)注。Imlimthan等[72]開發(fā)了基于CNCs的分子成像探針，顯示出良好的生物相容性；組織分布實(shí)驗(yàn)表明，CNCs探針主要被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)（MPS）器官攝取，通過對(duì)其化學(xué)修飾的優(yōu)化，可以減少M(fèi)PS的清除、增加腫瘤組織的蓄積。Tian等[73]系統(tǒng)地研究了CQD對(duì)機(jī)體的潛在毒性，細(xì)胞和動(dòng)物水平證實(shí)CQD與陰性對(duì)照之間無(wú)顯著差異，與生物體內(nèi)蛋白無(wú)較強(qiáng)的生物相互作用，可用作有效的光學(xué)納米探針。納米晶與體內(nèi)蛋白的相互作用也會(huì)影響其體內(nèi)行為，De France等[74]發(fā)現(xiàn)摻雜CNCs的納米復(fù)合水凝膠具有非特異性蛋白吸附的特性，可以支持較弱的細(xì)胞黏附和局部細(xì)胞增殖，且可以隨著CNCs負(fù)載增多而增強(qiáng)。此外，CNCs大部分固定在注射部位并且?guī)缀醪辉谌魏纹鞴僦蟹e累。雖然這類新型納米晶材料具有優(yōu)異的性能，在生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究中獲得了一系列有前景的研究成果，然而，在臨床前和臨床研究過程中，需要注意這類納米晶材料由于體內(nèi)吸收、分布、代謝和排泄過程，可能造成潛在的蓄積毒性，進(jìn)而影響其生物學(xué)效應(yīng)。此外，這些新型材料具有巨大的比表面積，其高吸附性能與生物體內(nèi)蛋白之間的相互作用尚缺乏深入研究。

5 結(jié)語(yǔ)

納米晶技術(shù)的出現(xiàn)有望解決許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)有問題，對(duì)于腫瘤診療甚至整個(gè)創(chuàng)新藥物研究均具有良好的促進(jìn)作用，如從微納水平改善難溶性分子后續(xù)開發(fā)問題，設(shè)計(jì)具有更高靈敏度和更好生物相容性的體系用于生物成像和傳感，開發(fā)增強(qiáng)腫瘤放療敏感度和提高腫瘤靶向性的藥物遞送體系等。顯然，納米晶在醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用前景是廣闊和光明的，但就目前發(fā)展而言，納米晶相關(guān)產(chǎn)品的臨床轉(zhuǎn)化尚需進(jìn)一步細(xì)化和完善。當(dāng)前藥物納米晶的臨床前研究應(yīng)當(dāng)主要聚焦改善成晶技術(shù)、提高制備工藝效率和改善晶體穩(wěn)定性為主。相比之下，無(wú)機(jī)和其他納米晶的制備工藝日趨成熟且功能豐富，但由于其體內(nèi)過程復(fù)雜，部分新型納米晶的毒理問題仍然存疑等原因，其臨床轉(zhuǎn)化前景仍然不明，需要加大針對(duì)其體內(nèi)安全性的基礎(chǔ)科學(xué)研究，而非繼續(xù)豐富其復(fù)雜的功能。因此，納米晶在腫瘤診療中的應(yīng)用研究還有很長(zhǎng)的道路要走，關(guān)于該領(lǐng)域的科學(xué)研究仍是當(dāng)下熱點(diǎn)。隨著納米晶研究的不斷發(fā)展和對(duì)納米晶與生物界面交互理解的不斷深入，納米晶在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用將迎來(lái)嶄新的突破。