纳米材料显示巨大医学应用价值
作者：许海燕
本文系《中国社会科学报》第 125 期特别策划 “ 学科交汇视野下的纳米伦理 ” 文章之一
纳米材料有很多新的特性，这是我们开发新的生物医用材料的动力之一。例如，碳材料的血液相溶性非常好，现在的人工心瓣都是在材料基底上沉积一层热解碳或类金刚石碳。但是这种沉积工艺比较复杂，而且一般只适用于制备硬材料。
介入性气囊和导管一般是用高弹性的聚氨酯材料制备，通过把具有高长径比和纯碳原子组成的碳纳米管材料引入到高弹性的聚氨酯中，我们可以使这种聚合物材料一方面保持其优异的力学性质和容易加工成型的特性，一方面获得更好的血液相溶性。我们的实验结果显示，这种纳米复合材料引起血液溶血的程度会降低，激活血小板的程度也会降低。
如果进一步把这种血液相溶性很好的纳米复合材料进一步加工成纳米纤维薄膜，那么这种具有纳米纤维网络结构的薄膜可以在一定程度上调控细胞的行为。例如，血管内皮细胞在纳米纤维薄膜上生长时，能够感受这种纳米纤维取向结构以及纳米纤维中的碳纳米管成分，通过Rho蛋白家族的活化，把这些物理和化学的信号传入细胞内，指导细胞的行为。
我们从实验结果中看到，细胞沿着纤维取向的方向平行排列，增殖速度增加；而且与生长在常规培养板上的细胞相比，这些内皮细胞分泌IV型胶原的能力显著提高，抗凝血功能也明显改善。这说明，通过纳米纤维结构和纤维中复合的碳纳米管成分，我们可以引导细胞在人工材料上形成一个接近天然状态的内皮细胞层。
对于上述纳米复合材料，虽然用现有方法没有检测到细胞毒性，但是一些问题仍然值得进一步的考虑。比如，当这些复合材料的高分子基体在体内降解后或长时间使用后，其中的纳米粒子是否会进入到其他组织或者器官中，它们的代谢和排出途径是什么？这些问题还需要更多的研究与检测，以获取更加明确和清晰的认识。
上面我们讲的是纳米复合材料，简单说，是将纳米粒子混合到聚合物材料基体中，提高聚合物材料的性能。在更多的情况下，纳米粒子是以粒子的形式直接应用。当这些纳米粒子通过不同途径进入机体后，首先面对的是免疫系统，因此我们集中研究了纳米粒子对于免疫系统的作用，希望能够明确它的一些免疫学效应，然后分析这些效应有可能对机体产生什么损伤，或者其中某些效应是否有医学应用价值。
在正常的小鼠模型上，当分散在水中的碳纳米管从皮下注射到小鼠体内后，会迅速引起大量细胞因子的释放，一周后就很快地下降，回复到正常的水平。有趣的是在荷瘤小鼠模型上的反应并不相同，比如在皮下注射两天后，小鼠血清中细胞因子的水平只有中等程度的升高，随着时间的延长会逐步增加。
这个结果提示我们在健康的小鼠上这种皮下注射碳纳米管的免疫刺激是相对安全的。从另一方面考虑，这种免疫刺激作用有可能用于抗肿瘤免疫治疗技术。肿瘤难以治愈的主要原因是肿瘤的抗原性很低，同时患者的免疫系统也处于抑制状态，因此肿瘤细胞难以被免疫系统识别和杀灭。如果将碳纳米管作为免疫佐剂，激发免疫系统对肿瘤细胞的识别和杀伤能力，就有可能基于碳纳米管的免疫刺激特性和载体特性研发新的抗肿瘤免疫治疗技术。
但是，纳米粒子的生物安全性仍然是一个必须重视和深入思考的问题。目前，我们已经可以肯定，纳米粒子的生物安全性与其进入机体的途径、剂量、表面修饰和分散状态密切相关。在进入临床实验前，必须对这些以纳米粒子为基础的新型制剂进行全面的理化表征和生物相容性评价。
本期特别策划采写工作组：童力、舒建军、郭烁、许航、张潇爽
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