上期主要介绍了纳米医学的应用，本篇将主要阐述纳米医学的优势和安全风险、市场分析以及其所面临的挑战和机遇。

纳米技术在医学上的应用连接了两大跨学科领域，由于各自领域的具体成就的自然结合，具有前所未有的社会和经济潜力。虽然纳米技术仍处于起步阶段，但这些实际应用清楚地体现了它的巨大潜力。(Riehemann et al.， 2009)

优  势

总的来说，与分子医学相比，纳米医学具有以下普遍优势：首先，纳米尺度上的局部过程，如扩散、混合和感觉反应，变得超快。此外，纳米技术可以提供直接探测局部性质的机会。物理和化学过程可以控制和加强，精度提高，并且，直接获得生物标志物成为可能。最后，可以实时获得新的结果。

与原子和宏观材料相比，纳米材料具有很高的表面积与体积之比，以及可调谐的光学、电子、磁性和生物特性，并且它们可以被设计成具有不同的尺寸、形状、化学成分、表面化学特性和空心或固体结构。有了这些优点，纳米材料现在被设计用于帮助诊断或治疗药物通过生物屏障的运输，接触到分子，调节分子间的相互作用，并以灵敏、高通量的方式检测分子变化。(Kim et al.， 2010)

纳米结构在医学上提供的关键好处之一是能够实现纯分子或微尺度递送不可能实现的独特生物分布剖面，并且精心设计的纳米系统提供了优先针对特定组织的可能性。(Etheridge et al.， 2013) 而医疗工具的小型化将为提高人类生活质量提供更精确、更可控、更通用、更可靠、更经济、更快速的方法。(Freitas, 1999)

可能的安全问题

与纳米技术实施相关的最显著风险是其潜在的毒性和可能的不相容性，这可能导致炎症、免疫反应或癌症等疾病的产生。这些作用的机制还没有得到很好的研究，但可能是由于与生物材料增强的疏水相互作用或通过表面催化增加自由基的产生。(Emerich and Thanos, 2006)

对人类健康的毒理学风险包括在与医疗设备相互作用期间产生的影响，其中包括与纳米粒子有关的一些产品，纳米粒子可能在人体中产生一定的影响。(Wang et al.， 2006)

小颗粒的产生可能是毒理学方面的一个主要问题。与大体积物质系统相比，纳米颗粒的大表面体积比所产生的潜在高反应性意味着所有新的纳米系统都存在潜在的风险，必须仔细考虑这一点。(Riehemann et al.， 2009)

研究表明，纳米材料可以通过几种方式进入人体。在生产或使用过程中，意外或非自愿接触最有可能通过肺部发生，从肺部通过血流迅速转移到其他重要器官。(Nemmar et al.， 2001) 进入生物体而不排出的纳米颗粒在细胞和组织中积累，因此长期在这些部位产生一种尚不清楚的致病潜力。实验数据表明，吸入来自空气污染的粒径小于100纳米的纳米颗粒可导致肺部炎症的诱发。(Riehemann et al.， 2009)

在水环境中，不同类型的生物分子以及农药等化学物质吸附在纳米颗粒上。吸附分子主导着生物相互作用，特别是生物利用度和细胞活化。(Riehemann et al.， 2009) 而在生物体中，所有的细胞外蛋白，如补体蛋白或抗体，都可以吸附在纳米颗粒上。在吸附过程中，蛋白质可能改变它们的构象，从而改变它们的反应性，从而导致自身免疫反应。(Benyamini et al.， 2006)

用于口服药物递送的纳米颗粒已被发现可能在肝脏中积聚，过度的免疫反应可能会对肝脏造成永久性损伤。(Jani et al.， 1990) 此外，研究表明，高浓度的纳米颗粒可能导致细胞转化为肿瘤状态，从而导致癌症。(Riehemann et al.， 2009)

这几个例子表明，纳米技术对人类健康的影响是把双刃剑，类似于传统的药物接触，但可能基于完全不同的机制。到目前为止，许多被研究的纳米系统似乎表现出相对较少的短期风险。然而，由于所有新技术都可能存在隐患，因此必须在技术开发的同时进行系统的风险评估，以尽可能降低潜在的危害。(Riehemann et al.， 2009) 无论如何，纳米技术的临床应用还需要一些监管准则，以确保可以适当使用源自纳米科学的新医疗设备和药物。(Powell et al.， 2008)

纳米医药市场分析

过去几十年被称为“纳米医学”的研究激增，现在正在世界各地转化为相当大的商业化努力。许多公司对这一新兴领域的技术和商业前景持乐观态度。在纳米医学研究领域，美国处于领先地位，其出版物占32%，专利申请量占54%。(Wagner et al.， 2006) 美国科学家和公司在纳米医学领域的强大专利活动表明了美国先进的商业化地位。

与整个制药和医疗器械市场相比，纳米药物目前只占很小的份额。在大多数情况下，纳米技术在医学上具有促进作用。虽然它可能只构成医疗产品的一个功能组成部分，然而，它的巨大优势在于它的多功能性：纳米技术有可能为许多制药产品和医疗设备增加创新功能。纳米技术的这一特征被称为赋能功能，通过为现有产品添加新功能使其更具竞争力。由于不可能测量纳米技术对产品的附加价值，因此在纳米技术商业研究中，以纳米技术增强产品的总销售额作为衡量纳米技术在工业部门的经济重要性的一种普遍做法。(Wagner et al.， 2006)

在纳米材料具有满足医疗需要的独特特性且开发风险可控的情况下，工业也会采用纳米技术。在生物材料领域，以纳米技术为基础的口腔修复体的商业化状况是最先进的。例如，市场上已经有五种含有纳米材料的牙科填充物，可以提高耐磨性和光学性能。与纳米材料相关的优化是有说服力的，与新药或给药系统相比，这些材料的开发成本和风险可能较低。(Wagner et al.， 2006)

现如今，纳米医学已经向数百个不同的方向发展，每一个方向都体现了发展的远见，即在分子尺度上构建材料和设备的能力可以为医学研究和实践带来巨大的直接利益。(Freitas Jr and Medicine，2005)

我们都知道高端的先进技术意味着昂贵，但从长远来看，它是划算的。与新药的开发类似，纳米药物产品从理论到临床的成功开发，在进入市场之前需要几十年的时间，商业化过程缓慢，但最终可能会有巨大的潜在经济效益。

未来展望：挑战与机遇

在纳米医学的发展过程中，将有许多挑战等待着科学家去克服。首先，科学家们仍然面临着许多技术上的困难，这些困难需要大量的时间、精力和不可避免的成本来解决。例如，必须为新的应用开发示踪剂，例如，用于检测炎症或特定癌症或基因表达的体内检测。(Sossi and Ruth, 2005)

其次，由于药物和医疗设备的开发成本很高，如果没有大型生物技术、制药或医疗设备公司的支持，初创公司几乎没有机会将产品推向市场。权威部门出台的鼓励政策有时也很重要。从经济角度来看，创业文化的差异和风险资本的可获得性能够从一定程度上影响纳米医学商业化的进展。此外，由于医疗保健市场的成本管制，创新药物的商业化受到阻碍，这限制了包括纳米药物在内的创新高价值药物的开发。(Wagner et al.， 2006) 另外，有可能延迟发生的安全隐患也是一个需要高度关注的问题。

即使前方有困难，纳米医学在未来仍然有许多有希望的令人期待的前景。首先，以常见疾病为例，纳米技术在改善糖尿病患者的护理方面具有巨大的潜力。纳米颗粒正在被开发作为造影剂，以帮助1型糖尿病的早期诊断，并且有几种配方已经成功地在人体临床试验中进行了试验。(Veiseh et al.， 2015)

其次，新兴的纳米医学支持癌症的个性化治疗。它使里程碑式的研究能够结合所有的进步，创造纳米级的颗粒，其中含有靶向细胞表面受体的药物和其他有效的分子，旨在杀死癌细胞。在未来，消除癌症带来的痛苦和死亡的机会将取决于我们在分子水平上对抗癌症的能力。尽管还有许多悬而未决的问题没有得到解答，但纳米科学的革命现在正预示着一个期待已久的个性化癌症治疗时代的到来。个性化医疗将确保这些药物只给那些能够从中受益的病人。如果这种情况发生，纳米药物将至少比现在的治疗癌症的药物毒性更小，而且更有效。(Shiekh, 2013)

从长远来看，如果未来的医疗纳米机器人成为现实，它将最终为医生提供可以想象的最有效的工具来征服人类疾病。这种未来装置的一个例子是人工机械红细胞或称为“呼吸细胞”，它可以主要应用于可输血的血液替代；贫血、围产期/新生儿和肺部疾病的部分治疗；加强心血管/神经血管手术、肿瘤治疗和诊断；预防窒息、人工呼吸；并有各种运动、兽医、战场等用途。(Freitas Jr and Medicine, 2005)

其次是“微生物捕食者”，指的是微小的人造机械白细胞，其主要功能是通过消化和排泄程序摧毁人体血液中发现的微生物病原体。如果成功，它的作用速度将比天然或抗生素辅助的生物吞噬防御快1000倍，并且能够将医生的治疗能力扩展到所有潜在的细菌威胁，包括局部密集感染。最重要的是，一旦他们的任务完成，它将可以从身体中取出。(Freitas Jr, 2005)

另一个好的设想是染色体替代疗法。在未来，医用纳米机器人也可能能够在细胞水平上进行干预，在体内进行细胞手术。如果病人愿意，遗传的缺陷基因可以用无缺陷的碱基对序列代替，从而永久治愈一种遗传性疾病。(Freitas Jr and Medicine，2005)

结  论

纳米医学为人类对抗疾病提供了新的机会，但是需要全球的努力才能安全地将实验室的创新转化为临床。(Sanhai et al.， 2008) 纳米技术在疾病诊断、预防和治疗方面的潜在应用目前非常广泛。因此，纳米医学的实际应用除了需要创造力和远见之外，还需要简单的方法和系统的开发。(Riehemann et al.， 2009)

目前纳米医学的临床应用主要集中在癌症的治疗和有效诊断和理论方面。例如，为了有效地检测恶性肿瘤，必须尽早检测到细胞的分子变化。纳米技术具有极其敏感的特性，有可能解决单细胞问题，从而应对这一挑战。目前在这一领域获得的知识将为建立个性化医疗提供基础。(Riehemann et al.， 2009)

从长远来看，政府和企业对纳米医学领域的研发进行投资是具有成本效益的。最重要的是，所有新产品在投放市场之前都需要进行严格的安全测试。纳米医学将与人类健康的多个方面联系在一起。前路漫漫，机遇与挑战并存。

参考文献：

ALIVISATOS, A. P., GU, W. & LARABELL, C. J. A. R. B. E. 2005. Quantum dots as cellular probes. 7, 55-76.

ARYA, S. K., PRUSTY, A. K., SINGH, S., SOLANKI, P. R., PANDEY, M. K., DATTA, M. & MALHOTRA, B. D. J. A. B. 2007. Cholesterol biosensor based on N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyl-trimethoxysilane self-assembled monolayer. 363, 210-218.

BENYAMINI, H., SHULMAN-PELEG, A., WOLFSON, H. J., BELGORODSKY, B., FADEEV, L. & GOZIN, M. J. B. C. 2006. Interaction of C60-fullerene and carboxyfullerene with proteins: docking and binding site alignment. 17, 378-386.

BLUME, G. & CEVC, G. J. B. E. B. A.-B. 1990. Liposomes for the sustained drug release in vivo. 1029, 91-97.

DUNCAN, R. J. N. R. C. 2006. Polymer conjugates as anticancer nanomedicines. 6, 688-701.

EMERICH, D. F. & THANOS, C. G. J. B. E. 2006. The pinpoint promise of nanoparticle-based drug delivery and molecular diagnosis. 23, 171-184.

ETHERIDGE, M. L., CAMPBELL, S. A., ERDMAN, A. G., HAYNES, C. L., WOLF, S. M., MCCULLOUGH, J. J. N. N., BIOLOGY & MEDICINE 2013. The big picture on nanomedicine: the state of investigational and approved nanomedicine products. 9, 1-14.

FERRARI, M. J. N. R. C. 2005. Cancer nanotechnology: opportunities and challenges. 5, 161-171.

FORSSEN, E. A., TŐKéS, Z. A. J. B. & COMMUNICATIONS, B. R. 1979. Invitro and invivo studies with adriamycin liposomes. 91, 1295-1301.

FREITAS JR, R. A. J. J. E. T. 2005. Microbivores: artificial mechanical phagocytes using digest and discharge protocol. 14, 1-52.

FREITAS JR, R. A. J. N. N., BIOLOGY & MEDICINE 2005. What is nanomedicine? 1, 2-9.

FREITAS, R. A. 1999. Nanomedicine, volume I: basic capabilities, Landes Bioscience Georgetown, TX.

FRITZ, J., BALLER, M., LANG, H., ROTHUIZEN, H., VETTIGER, P., MEYER, E., GüNTHERODT, H.-J., GERBER, C. & GIMZEWSKI, J. J. S. 2000. Translating biomolecular recognition into nanomechanics. 288, 316-318.

FU, J., SCHOCH, R. B., STEVENS, A. L., TANNENBAUM, S. R. & HAN, J. J. N. N. 2007. A patterned anisotropic nanofluidic sieving structure for continuous-flow separation of DNA and proteins. 2, 121-128.

GODIN, B., HU, Y., LA FRANCESCA, S. & FERRARI, M. 2012. Cardiovascular nanomedicine: challenges and opportunities. Molecular and Translational Vascular Medicine. Springer.

HUBER, D. L. J. S. 2005. Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles. 1, 482-501.

JANI, P., HALBERT, G. W., LANGRIDGE, J., FLORENCE, A. T. J. J. O. P. & PHARMACOLOGY 1990. Nanoparticle uptake by the rat gastrointestinal mucosa: quantitation and particle size dependency. 42, 821-826.

KALAKOTLA, S., GOTTUMUKKALA, K. M., RANI, M. & PRAVALLIKA, P. J. I. J. O. P. S. R. R. 2015. Herbal drugs and herbal mediated silver nano particles as anti diabetics: a new horizon. 31, 142-148.

KIM, B. Y., RUTKA, J. T. & CHAN, W. C. J. N. E. J. O. M. 2010. Nanomedicine. 363, 2434-2443.

KINGE, S., CREGO‐CALAMA, M. & REINHOUDT, D. N. J. C. 2008. Self‐assembling nanoparticles at surfaces and interfaces. 9, 20-42.

KOPKA, K., SCHOBER, O. & WAGNER, S. J. B. R. I. C. 2008. 18 F-labelled cardiac PET tracers: selected probes for the molecular imaging of transporters, receptors and proteases. 103, 131-143.

LAMMERS, T., AIME, S., HENNINK, W. E., STORM, G. & KIESSLING, F. J. A. O. C. R. 2011. Theranostic nanomedicine. 44, 1029-1038.

LEE, D.-W., FLINT, J., MOREY, T., DENNIS, D., PARTCH, R. & BANEY, R. J. J. O. P. S. 2005. Aromatic–aromatic interaction of amitriptyline: implication of overdosed drug detoxification. 94, 373-381.

MOGHIMI, S. M., HUNTER, A. C. & MURRAY, J. C. J. T. F. J. 2005. Nanomedicine: current status and future prospects. 19, 311-330.

NEMMAR, A., VANBILLOEN, H., HOYLAERTS, M., HOET, P., VERBRUGGEN, A., NEMERY, B. J. A. J. O. R. & MEDICINE, C. C. 2001. Passage of intratracheally instilled ultrafine particles from the lung into the systemic circulation in hamster. 164, 1665-1668.

POPAT, K. C., LEONI, L., GRIMES, C. A. & DESAI, T. A. J. B. 2007. Influence of engineered titania nanotubular surfaces on bone cells. 28, 3188-3197.

POWELL, M. C., GRIFFIN, M. P. & TAI, S. J. E. M. 2008. Bottom-up risk regulation? How nanotechnology risk knowledge gaps challenge federal and state environmental agencies. 42, 426-443.

RIEHEMANN, K., SCHNEIDER, S. W., LUGER, T. A., GODIN, B., FERRARI, M. & FUCHS, H. J. A. C. I. E. 2009. Nanomedicine—challenge and perspectives. 48, 872-897.

SANHAI, W. R., SAKAMOTO, J. H., CANADY, R. & FERRARI, M. J. N. N. 2008. Seven challenges for nanomedicine. 3, 242.

SHIEKH, F. A. J. I. J. O. N. 2013. Personalized nanomedicine: future medicine for cancer treatment. 8, 201.

SOSSI, V. & RUTH, T. J. J. O. N. T. 2005. Micropet imaging: in vivo biochemistry in small animals. 112, 319-330.

STICKLER, D. J. J. C. O. I. I. D. 2000. Biomaterials to prevent nosocomial infections: is silver the gold standard? 13, 389-393.

VEISEH, O., TANG, B. C., WHITEHEAD, K. A., ANDERSON, D. G. & LANGER, R. J. N. R. D. D. 2015. Managing diabetes with nanomedicine: challenges and opportunities. 14, 45-57.

WAGNER, V., DULLAART, A., BOCK, A.-K. & ZWECK, A. J. N. B. 2006. The emerging nanomedicine landscape. 24, 1211-1217.

WANG, H., ELIAZ, N., XIANG, Z., HSU, H.-P., SPECTOR, M. & HOBBS, L. W. J. B. 2006. Early bone apposition in vivo on plasma-sprayed and electrochemically deposited hydroxyapatite coatings on titanium alloy. 27, 4192-4203.

WIKIPEDIA. 2014. Nanomedicine [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Nanomedicine [Accessed 14th April 2020].

WRIGHT, J. B., LAM, K., BURET, A. G., OLSON, M. E., BURRELL, R. E. J. W. R. & REGENERATION 2002. Early healing events in a porcine model of contaminated wounds: effects of nanocrystalline silver on matrix metalloproteinases, cell apoptosis, and healing. 10, 141-151.

YANG, S., üNDAR, A. & ZAHN, J. D. J. A. J. 2005. Blood plasma separation in microfluidic channels using flow rate control. 51, 585-590.

供稿 / 医学部 梁诗意