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活體成像技術(shù)在納米藥物研究中的應(yīng)用進(jìn)展
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活體成像技術(shù)在納米藥物研究中的應(yīng)用進(jìn)展 萬(wàn)春麗 上�？七h(yuǎn)迪生物科技有限公司 【摘要】 活體成像技術(shù)由于其操作方便、靈敏度高、創(chuàng)傷性小、數(shù)據(jù)精確、對(duì)比明顯等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各種藥物和病理研究，可以直觀的觀測(cè)藥物分子、致病微生物、創(chuàng)傷組織恢復(fù)的微觀過(guò)程。本研究主要探究活體成像技術(shù)的兩種手段應(yīng)用于納米藥物研究過(guò)程中作為其藥理學(xué)研究手段的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行討論，研究活體成像技術(shù)在納米藥物研究的應(yīng)用進(jìn)展和研究方向。 活體成像技術(shù)在生物研究領(lǐng)域的應(yīng)用中可以很好的反應(yīng)生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的作用、細(xì)胞層次的生理活動(dòng)以及病原體或免疫細(xì)胞介入等研究領(lǐng)域，納米藥物研究過(guò)程中，揭示納米藥物與蛋白質(zhì)、體內(nèi)細(xì)胞等相互做用的詳細(xì)藥物作用機(jī)制則是目前納米藥物研究中的主要內(nèi)容，也是其研究過(guò)程中的主要挑戰(zhàn)之一[1]。本文著重描述活體成像技術(shù)的原理、特點(diǎn)以及優(yōu)勢(shì)和不足，以及應(yīng)用于納米藥物研究中的效用價(jià)值和應(yīng)用進(jìn)展。 1 活體成像技術(shù) 1.1 生物發(fā)光技術(shù) 生物發(fā)光的技術(shù)原理為將熒光素酶基因基團(tuán)通過(guò)基因技術(shù)手段加入到有觀測(cè)和對(duì)比計(jì)劃的活體細(xì)胞的DNA上以表達(dá)螢光素酶蛋白，培養(yǎng)細(xì)胞可以穩(wěn)定表達(dá)熒光素酶[2]。在實(shí)際研究過(guò)程中，生物發(fā)光技術(shù)主要具有以下特點(diǎn)：熒光素不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的正常生理功能、熒光素是280道爾頓的小分子顆粒，并且有良好的水溶性和脂溶性，很容易穿透細(xì)胞膜和血腦屏障、熒光素在體內(nèi)擴(kuò)散速度快，可通過(guò)靜脈注射手段注入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)、熒光素注入后，觀察時(shí)間間隔沒(méi)有最短時(shí)間限制[3]。在應(yīng)用探究中，生物發(fā)光技術(shù)擁有特異性強(qiáng)，無(wú)自發(fā)熒光、高靈敏度、檢測(cè)深度較大、定量精確等優(yōu)點(diǎn)，但是同樣也有熒光信號(hào)較弱，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)CCD鏡頭的靈敏度要求較高，相關(guān)儀器也有較高的靈敏度要求、實(shí)驗(yàn)需要注入熒光劑，實(shí)驗(yàn)成本高、細(xì)胞或基因需要轉(zhuǎn)基因標(biāo)記、有些物質(zhì)不能使用生物發(fā)光技術(shù)，比如抗體、多肽等、很難在人體上應(yīng)用等缺點(diǎn)[4]。 1.2 熒光成像技術(shù) 熒光成像原理是通過(guò)激發(fā)光照射熒光蛋白質(zhì)基團(tuán)，從而使熒光蛋白質(zhì)基團(tuán)達(dá)到高能量狀態(tài)，而后產(chǎn)生熒光發(fā)射出來(lái)[5]。在條件允許情況下，因盡量選擇熒光顏色顯示為紅色或白色的熒光染料。熒光成像技術(shù)有熒光蛋白質(zhì)表達(dá)、蛋白質(zhì)標(biāo)記能力強(qiáng)，信號(hào)強(qiáng)度大，實(shí)驗(yàn)成本低，活體動(dòng)物、尸體、器官全部可以進(jìn)行成像等優(yōu)點(diǎn)[6]；同時(shí)也有非特異性限制了熒光成像技術(shù)的靈敏度，體內(nèi)檢測(cè)細(xì)胞最低數(shù)目大約為105個(gè)；檢測(cè)深度受到限制；在體內(nèi)精確定量難度較高等缺點(diǎn)[9]。當(dāng)前對(duì)于熒光成像技術(shù)主要應(yīng)用在腫瘤學(xué)、抗體、藥學(xué)研究、組織工程等方面[7]。 1.3 納米藥物研究簡(jiǎn)介以及當(dāng)前研究進(jìn)展及面臨的問(wèn)題 納米藥物是指在納米尺度下，對(duì)從傳統(tǒng)藥物材料中提取有要用價(jià)值的有效成分或者通過(guò)人工手段合成而出現(xiàn)的藥物及藥物載體。納米藥物的載體系統(tǒng)包括：納米粒、納米球和納米囊等載體與藥物中具有藥效作用的相關(guān)粒子以一定規(guī)則和方式結(jié)合后制成的藥物稱之為納米藥物[8]。納米藥物優(yōu)勢(shì)包括：緩釋類納米藥物可以延長(zhǎng)藥物在體內(nèi)的作用時(shí)間，提高藥物整體利用率；導(dǎo)向類藥物可以準(zhǔn)確的到達(dá)目標(biāo)，提高藥物效果的針對(duì)性，降低藥物的副作用；比表面積大、活性高，可以提高藥物的藥理學(xué)作用，減少使用劑量；藥物分子大小形態(tài)的改變，可以改變生物膜的通透性質(zhì)對(duì)藥物的影響，可以提高藥物吸收率及在細(xì)胞內(nèi)部的作用效果；納米藥物的溶解性在體內(nèi)比傳統(tǒng)藥物要大，納米藥物顆粒微小有利于藥物在目標(biāo)位置停留，由于其藥物分子體積微小可以在進(jìn)入腸道后增加停留時(shí)間和腸道吸收效率，提高口服腸溶類藥物的利用效率；能有效防止胃部消化酶對(duì)藥物的水解，提高藥物在消化系統(tǒng)中的化學(xué)穩(wěn)定性；也可用于一些新的給藥途徑等[9]。由于納米藥物研究時(shí)間較短，很多技術(shù)相對(duì)不足，而且在研究過(guò)程中受經(jīng)費(fèi)限制，所以在納米藥物研究過(guò)程中仍然面臨許多問(wèn)題。 2 活體成像技術(shù)應(yīng)用于納米藥物研究 2.1 活體成像技術(shù)應(yīng)用于納米藥物研究中的應(yīng)用進(jìn)展 活體成像技術(shù)的兩個(gè)大類活體發(fā)光成像技術(shù)以及熒光成像技術(shù)在很多領(lǐng)域的應(yīng)用之中均顯示出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)特性[10]。在納米藥物研究應(yīng)用中，活體成像技術(shù)可以針對(duì)納米藥物研究過(guò)程中針對(duì)性的檢測(cè)藥物半衰期、藥物作用位置、藥物在靶細(xì)胞位置的標(biāo)記檢測(cè)、藥物局部滯留位置及作用效果、綜合性評(píng)估納米藥物使用劑量標(biāo)準(zhǔn)、觀測(cè)納米藥物通過(guò)通透膜過(guò)程以及直觀觀測(cè)納米藥物在細(xì)胞或基團(tuán)層面的藥理學(xué)作用等優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榛铙w成像技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以觀察體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M不了的納米藥物在活體環(huán)境下對(duì)蛋白質(zhì)相互作用以及對(duì)基因?qū)用娴淖饔茫梢詼?zhǔn)確、直觀、全面的對(duì)納米藥物的藥理學(xué)作用進(jìn)行全面綜合性的分析研究�；铙w成像技術(shù)應(yīng)用于納米藥物研究中，實(shí)現(xiàn)了納米藥物活體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)生物學(xué)反映實(shí)時(shí)性、原位性、動(dòng)態(tài)性和無(wú)創(chuàng)傷性的機(jī)體藥理作用觀察。 2.2 活體成像技術(shù)應(yīng)用于納米藥物研究中的問(wèn)題和不足 活體成像技術(shù)的兩種技術(shù)本身存在的局限性，限制了其在納米藥物藥理學(xué)研究中的很多應(yīng)用。比如，熒光成像技術(shù)由于其非特異性的特性，體內(nèi)檢測(cè)具有最低下限，最少細(xì)胞數(shù)為105個(gè)，這就限制了要求特異性和高靈敏性納米藥物藥理學(xué)研究中的應(yīng)用，并且納米藥物由于其尺寸和特點(diǎn)，熒光成像技術(shù)本身的難以準(zhǔn)確體內(nèi)定量，在納米藥物藥理學(xué)定量分析上的應(yīng)用，又受到了諸多的限制和應(yīng)用難題。不僅如此，生物發(fā)光技術(shù)由于不能應(yīng)用于人體，所以在納米藥物研究應(yīng)用于臨床實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要尋找新的藥理學(xué)研究手段，而且針對(duì)納米藥物在抗體和多肽的相關(guān)藥物的藥理學(xué)研究上，生物發(fā)光技術(shù)不能進(jìn)行標(biāo)記和表達(dá)等等諸多因素均限制了活體成像技術(shù)應(yīng)用于納米藥物研究中的廣泛應(yīng)用價(jià)值[11]。 3 結(jié)論 活體成像技術(shù)本身具有的無(wú)創(chuàng)性、無(wú)輻射、靈敏性高、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)的一種新興的檢測(cè)技術(shù)，在納米藥物研究中應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了納米藥物在活體體內(nèi)對(duì)藥理學(xué)實(shí)時(shí)性、作用位置準(zhǔn)確性、藥物分子穿透層膜直觀性的觀察而被應(yīng)用于納米藥物研究之中作為一種檢測(cè)技術(shù)[12]。但是作為一種新興的檢測(cè)技術(shù)，生物發(fā)光技術(shù)由于其信號(hào)較弱、檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)儀器的靈敏度和鏡頭的精確度要求很高、使用價(jià)錢(qián)高昂、對(duì)抗體和多肽無(wú)效以及不可應(yīng)用于人體的特性僅僅只能在少量納米藥物研究中作為一種輔助檢測(cè)手段應(yīng)用，這些缺點(diǎn)極大的限制了其在納米藥物研究中的廣泛應(yīng)用價(jià)值。而熒光成像技術(shù)由于其無(wú)特異性、檢測(cè)深度較淺、難以體內(nèi)精確定量等缺點(diǎn)，僅在納米藥物作用位置等試驗(yàn)中作為定性檢測(cè)手段應(yīng)用�；铙w成像技術(shù)作為一種廣泛、廉價(jià)、準(zhǔn)確且有效的檢測(cè)手段應(yīng)用于納米藥物研究中，仍有很多技術(shù)難題需要解決和面對(duì)。但是我們相信，人類在科學(xué)技術(shù)上是不斷發(fā)展和進(jìn)步的，各種技術(shù)手段也在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上日益完善。在不久的將來(lái)，活體成像技術(shù)不僅可以廣泛應(yīng)用于納米藥物研究之中，并且納米藥物研究在成熟之后，對(duì)醫(yī)療健康事業(yè)必將具有不可忽視的巨大作用。 【參考文獻(xiàn)】 [1]呂曉蓉,李超,王東亮,等.納米藥物研究國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)——基于SCI論文的統(tǒng)計(jì)分析納米藥物研究國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)[J].科學(xué)觀察,2013,6(15):19-20. [2]何伍,楊建紅,王海學(xué).FDA與EMA對(duì)納米藥物開(kāi)發(fā)的技術(shù)要求與相關(guān)指導(dǎo)原則[J].中國(guó)新藥雜志,2014,5(12):11-12. [3] S Parveen,R Misra,SK Sahoo.Nanoparticles: a boon to drug delivery, therapeutics, diagnostics and imaging. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine . 2012. [4]Gabizon A,Amitay Y,Tzemach D. et al.Therapeutic efficacy of a lipid-basedprodrug of mitomycin C in pegylated liposomes: studies with humangastro-entero-pancreatic ectopic tumor models. Journal of Controlled Release . 2012. [5]Marcos Garcia-Fuentes,Maria J. Alonso.Chitosan-based drug nanocarriers:Where do we stand. Journal of Controlled Release . 2012. [6]Rosenthal R,Günzel D,Finger C. et al.The effect of chitosan on transcellularand paracellular mechanisms in the intestinal epithelial barrier. Boimaterials . 2012. [7] Hyun Jung Jung,Anuj Chauhan.Temperature sensitive contact lenses fortriggered ophthalmic drug delivery. Biomaterials . 2012. [8]Bakheet Elsadek,Felix Kratz.Impact of albumin on drug delivery: newapplications on the horizon. Journal of Controlled Release . 2012. [9]Rubén Machín,José Ramón Isasi,Itziar Vélaz.β-cyclodextrin hydrogels aspotential drug delivery systems. Carbohydrate Polymers . 2012. [10]Mosgoeller,R Prassl,A. Zimmer.Nanoparticle-MediatedTreatment of Pulmonary Arterial Hypertension. Methods in Enzymology . 2012. [11]Kitagawa R,Katsumata N,Ando M. et al.A multi-institutional phase II trial ofpaclitaxel and carboplatin in the treatment of advanced or recurrent cervicalcancer. Gynecologic Oncology . 2012. [12]Oh H.J,Jang H.R,Jung K.Y. et al.Evaluation of adsorbents for separation andpurification of paclitaxel from plant cell cultures. Process Biochemistry . 2012 無(wú)標(biāo)題18.jpg 無(wú)標(biāo)題15.jpg 無(wú)標(biāo)題24.jpg 無(wú)標(biāo)題30.jpg |
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