纳米生物材料PPT课件.ppt

1、纳米生物材料与肿瘤治疗纳米生物材料与肿瘤治疗XXXXXXXXXX1目录目录纳米生物材料发展进展纳米生物材料发展进展 高发疾病的分布高发疾病的分布 肿瘤的治疗肿瘤的治疗 纳米技术治疗肿瘤的进展纳米技术治疗肿瘤的进展 4 41 12 23 32纳米生物材料发展进展纳米生物材料发展进展 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10100个原子紧密排列在一起的尺度 纳米技术的核心是利用纳米材料的特殊性能,来实现目前普通材料所不达到的功能和用途。3纳米材料的分类纳米材料的分类空间维数零维一维二维三维材料化学组成陶瓷金属高分子复合材料

2、应用方向生物医用电子材料储能材料自身物理性质半导体磁性超导体纳米材料纳米材料4纳米材料的特殊性能纳米材料的特殊性能v小尺寸效应v表面和界面效应v量子尺寸效应v量子隧道效应纳米材料5 诺贝尔物理学奖获得者Feynman预言: “如果我们能对细微尺寸的物体加以控 制的话,将极大的扩充我们所获得的物 性的范围。” 几十年纳米科技的发展历程,以其不争的事实一次又一次 证明了纳米材料作为材料科学的“领军”之一,推动了材料 科学的飞速发展,掀起了一轮高过一轮的研究热潮,被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米材料的应用6 在催化方面的应用 纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进

3、行的反应也能进行。纳米微粒作催化 剂很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。在生物医学中的应用 正在研制的生物芯片具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技，将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。精细化工方面的应用 精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。纳米材料的应用7在国防科技种中的应用 纳米探测系，新型纳米材料武器、由纳米微机械系统制造的小型机器人、纳米卫星、纳米材料隐身等技术的应用备受关注。 纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响 其他领域 纳米材料还

4、在诸如海水净化、航空航天、环境能源、微电子学等其他领域也有着逐渐广泛的应用，纳米材料在这些领域都在逐渐发挥着光和热。8纳米生物医学纳米生物医学v 纳米生物医学是纳米科技与医学专业的交叉。 一方面探索纳米尺度的生命现象及其发生机制,建立新的理论; 另一方面探索纳米材料或纳米装置对人体细胞、健康、环境等的影响,从分子水平、细胞水平、器官和整体水平,以及群体与环境水平研究纳米材料的物理、化学特性与生物效应。9细胞分离方面细胞内部染色方面生物标记方面组织工程方面纳米药物载体及药物释放方面医用抗菌材料方面纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生物医学领域的应用10纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生

5、物医学领域的应用 纳米复合材料的理化性能一般都很稳定，能够在生理条件下稳定存在，因此被广泛应用在医学诊断上，用于细胞分离如单细胞分离、基因扩增与免疫分析、基因突变分析等 现今常用的非同位素标记检测方法有酶联免疫法(ELISA)、化学发光法、电化学方法以及荧光标记法等。其中，荧光标记法是一种十分有效的检测方法。利用复合物纳米粒子分别与细胞和组织内各种抗原结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈红色，从而给各种组合“贴上”了不同的标签，对于提高细胞内组织的分辨率，提供了一种急需的染色技术。11通过模拟天然的细胞外基质-胶原的基本结构而制成的富含纳米纤维的生物可降解纳米材料，在组织工程支架材料方面

6、具有十分重大的意义 纳米粒子由于其纳米级别的尺寸，往往可以在组织间隙自由穿透。因此，通过利用纳米粒子独特的理化性质，可以实现靶向、缓释等治疗手段，实现高效、低毒的治疗效果。 纳米抗菌材料是将无机抗菌剂采用高科技的纳米技术处理，使其具有更广泛、卓越的抗菌杀菌功能。纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生物医学领域的应用12与传统生物医学材料相比具有的优点与传统生物医学材料相比具有的优点 纳米材料拥有可以顺利穿过组织间隙,进入细胞,以及通过毛细血管,甚至穿透血脑屏障的能力。 纳米材料的尺寸大小和人体内生物分子相匹配,因而在体内环境中运输顺畅,使得纳米材料能够与体内细胞、组织中的分子和蛋白质发生广泛

7、的相互作用,进而产生多种特殊的生物学效应。 纳米材料通过各种表面修饰、元素组装以及尺寸大小调控等手段,可有效改善材料的物理化学性质,从而实现所需生物学效应 132121世纪困扰人类的高发疾病世纪困扰人类的高发疾病糖尿病 糖尿病是一种严重危害人类健康的疾病。据资 料统计：世界上糖尿病的发病率为3%5%，50岁以上的人均发病率为10%。在我国，随着经济的发展和人们饮食结构的改变以及人口的老龄化，糖尿病患者的数量迅速增加。心脑血管疾病据世界卫生组织(WHO)统计，全世界每年约有1200万人死于心脑血管疾病，占死亡总人数的13。我国每年心血管疾病死亡者占因病死亡总人数的40.7。其比例远高于人类大敌癌

8、症，居各类死因之首。2009年11月12日心脏病癌症 目前，癌症已经成为威胁我国居民生命健康的主要杀手，我国每年新发癌症病例200万人，因癌症死亡人数为 140万；我国居民每死亡5人中，即有1人死于癌症；在全国不少大城市，恶性肿瘤已经超越心脑血管疾病，成为第一死亡原因。14中国癌症分布图中国癌症分布图谈瘤色变15触目惊心的分布触目惊心的分布u触目惊心的分布16恶性肿瘤死亡率恶性肿瘤死亡率17高发癌症介绍高发癌症介绍18中国癌症发病和死亡预测中国癌症发病和死亡预测19癌症给全世界带来巨大损失癌症给全世界带来巨大损失 近几年来癌症的发病率越来越高，无论是普通市民还是社会名人很 都死于癌症。著名中央

9、主持人罗京死于淋巴癌 “香港女儿”梅艳芳死于乳腺癌20“好人傅彪：死于肝癌 苹果前总裁乔布斯死于胰腺癌21表演艺术家赵丽蓉死于肺癌”林黛玉“演员陈晓旭死于乳腺癌台湾歌手阿桑死于乳腺癌22肿瘤肿瘤肿瘤肿瘤是机体在各种致癌因素作用下,局部组织的某个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控,导致其克隆性异常增生而形成的新生物。肿瘤细胞23肿瘤细胞的显著特征肿瘤细胞的显著特征 肿瘤细胞有三个显著的基本特征即： 不死性 迁移性 失去接触抑制 几种常见的癌细胞24肿瘤的治疗肿瘤的治疗肿瘤的治疗分为传统的手术、放射治疗、化疗和生物治疗25外科治疗（外科治疗（SurgerySurgery）外科治疗（外科治疗（S

10、urgerySurgery）：）： 通过手术的方法将肿瘤病灶清除达到治疗目的，是肿瘤治疗中最古老的方法之一。手术切除肿瘤对大部分尚未扩散的肿瘤常可通过手术治愈，同时手术可以了解肿瘤的正确部位，得到正确的分期，从而指导进一步的治疗。 对于大多数早中期的恶性肿瘤患者来说手术是首选的治疗方法，给许多肿瘤患者带来长期生存的希望。26手术切除是确诊肿瘤患者首先考虑的治疗方法，v 它的优势：是局部快速切除肿瘤组织，见效快。v 以下缺点：容易对患者造成新的创伤；容易遗漏微小病灶或转移病灶；部分正常组织切除可能留下后遗症；无法防止癌细胞的远处转移及消灭循环血中的癌细胞；当肿瘤浸润范围太大或侵犯重要脏器和大血管

11、时往往不能手术，或实施手术也不能治愈。 所以并不是所有的恶性肿瘤都适合手术治疗。 27放射治疗（放射治疗（RadiotherapyRadiotherapy，RTRT）v 通过高能电磁辐射线来杀死肿瘤细胞，达到治疗肿瘤的目的，简称放疗。放疗。据统计大约 6070%的恶性肿瘤患者在病程不同时期，因不同的目的需要接受放射治疗。28放疗既能杀灭肿瘤细胞，同时又不可避免地造或正常组织的损伤。因此在肿瘤的放疗中。 认识和掌握放射线对正常组织的损伤作用是非常重要的 通常在肿瘤放疗中给予的照射剂量不高于肿瘤周围的正常组织所能够耐受的最大剂量，而不是完全杀灭肿瘤所需的剂量，即在控制肿瘤和正常组织损伤之间寻找平衡

12、点。另外，由于不同的肿瘤细胞对放射线敏感程度不同，而且肿瘤对放射敏感性的高低与肿瘤细胞的分裂速度、生长快慢成正比，所以放疗并不是在任何时候都适用所以放疗并不是在任何时候都适用29化学治疗（化学治疗（ChemotherapyChemotherapy）v 化疗：用化学药物治疗恶性肿瘤。多种化学药物作用于细胞生长繁殖的不同周期，抑制或杀灭肿瘤细胞，达到治疗目的。 30对于中晚期的患者，由于肿瘤细胞的广泛转移，给手术和放疗造成了困难，因此药物治疗就成为主要的手段。然而化疗为所采用的药物都是有害的，甚至有毒性的，对正常细胞和组织也有伤害。它的优势是全身减轻肿瘤负荷，见效快，缺点是副作用大，出现脱发、呕吐

13、等，造成免疫系统损伤。 31肿瘤的治疗肿瘤的治疗传统治疗模式基本着眼于直接杀伤肿瘤细胞,常难以彻底消灭肿瘤细胞,又易损伤正常组织,特别是伤害在抗肿瘤机制中占重要地位的机体免疫系统。生物治疗是肿瘤治疗的第四种模式,主要通过肿瘤宿主防御机制或生物制剂的作用,以调节机体自身的生物学反应,从而抑制或消除肿瘤。32生物治疗生物治疗I. 近年来风靡全球的分子靶向治疗分子靶向治疗更是生物治疗的成功范例II.II. 造血干细胞移植造血干细胞移植是生物治疗的另一个亮点。生物治疗的特点： 能有效清除微小病灶和残余肿瘤细胞、增强机体免疫功能、增强放、化疗的敏感性、无明显毒副作用。生物治疗也有以下局限： 在大多数情况

14、下，生物治疗只对 1 cm 以下的肿瘤有一定效果，所以宜在肿瘤负荷较小的情况下使用。 生物治疗的适用范围比较小。生物治疗通常只针对特定的几种或某一种肿瘤。 生物治疗价格昂贵且副反应较大。33生物治疗的发展前景生物治疗的发展前景 生物治疗应用于临床的时间较短，其在治疗恶性肿瘤中的地位还比不上手术、放疗和化疗等方法，仍处于辅助治疗或配角地位。但是随着现代生物技术的发展，生物治疗在临床运用逐渐增多，并取得令人满意的结果，其地位日趋重要。34 现在肿瘤治疗现在肿瘤治疗过程一般采用两种或两种以上的治疗手段联合，强调有计划的综合治疗，根据病种病期制定科学的综合治疗计划，力争达到最好的治疗效果。个体化治疗是

15、肿瘤治疗的终极发展目标。35肿瘤的治疗一般分为两个阶段:第一阶段是减瘤,肿瘤体通过传统的治疗手段,如手术、放疗或化疗最大程度地消除肿瘤细胞第二阶段是维持,采用某种方法使肿瘤不再复发u这两个阶段都很重要。在第一阶段传统的治疗手段发挥主要作用,但在第二阶段的治疗中往往效果不好,而生物治疗则非常适合第二阶段的治疗36传统肿瘤治疗方法的不足传统肿瘤治疗方法的不足v 手术切除手术切除目前只是在早期的实体瘤方面有一定的治疗效果,但是对于处于中晚期的恶性实体肿瘤和白血病等非实体瘤来说均无法发挥作用 放疗与化疗虽然对恶性肿瘤具有一定的治疗效果,但是这两种治疗方法均具有较大的毒副作用,不可能进行无限期的使用。v

16、 放疗放疗在产生身体虚弱疲劳、皮肤敏感、脱发、厌食等副作用的同时,也会使体内残存一些肿瘤细胞,这些肿瘤细胞在体内行癌变增殖,导致患者预后效果不理想。v 化疗化疗很容易使肿瘤细胞产生耐药性,对癌症患者的化疗效果产生一定的影响。37纳米技术用于肿瘤治疗纳米技术用于肿瘤治疗 根据美国国立癌症研究院（NCI）调查表明：纳米技术已经在癌症的预防、诊断、影像和治疗等领域展现出巨大的贡献 纳米颗粒的尺寸比癌细胞尺寸小 100 倍，甚至 1000 倍，因此他们很容易通过细胞屏障。38 肿瘤治疗面临的难题肿瘤治疗面临的难题v 虽然许多国家在过去的几十年里在抗癌研究领域都投入了巨额的研究经费，但是收效甚微。导致这

17、一现象的重要原因之一是目前仍然严重缺乏针对肿瘤预警与早期诊断、转移监测及疗效预测的方法。 v 癌症早期发现和早期诊断直接决定着其临床治疗的效果以及患者的预后。恶性肿瘤的预警与早期诊断，是恶性肿瘤临床诊疗所面临的最迫切需要解决的难题。 39v 肿瘤临床在体诊断的发展趋势 在现有成像基础上发展的多种成像模式联合使用是今后肿瘤临床在体诊断的发展的主要趋势。40恶性肿瘤临床诊断恶性肿瘤临床诊断生物学检测方法恶性肿瘤临床诊断.医学影像学方法41生物学检测方法生物学检测方法v 生物学检测方法有免疫学检测技术、免疫组化、聚合酶链式反应技术、基因芯片、蛋白芯片等42医学影像学方法医学影像学方法v 医学影像学方

18、法主要包括：核磁共振成像技术、射线计算机断层成像技术、核医学成像技术、超声成像技术等43u 影像应用解剖学的产生与发展经历了 X 线解剖学（X-ray Anatomy）和断层影像解剖学（Sectional Imaging Anatomy）两个阶段并正向功能 影像解剖学方向发展。 1895 年德国科学家伦琴（Roentgen）发现了 X 射线并成功获得了其夫人手骨的照片44几种常见影像手段的性能和特征几种常见影像手段的性能和特征 4546分子影像学分子影像学v 传统的影像学技术是物理、生理特性作为成像对比的依据来发现疾病，对疾病进行定性。v 分子影像学（Molecular Imaging，MI）

19、是现代分子生物学的技术与先进医学影像技术相结合的产物，是一门新兴的边缘学科。其一，可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观 的图像，使可分子细胞水平上了解疾病的发生机制及特征；v 其二，能够发现疾病早期的分子细胞变异及病理改变过程；v 其三，可在活体上连续观察药物或基因治疗的机理和效果。47分子影像探针分子影像探针 分子探针分子探针对分子影像学影响十分重要分子探针是指能与某一特定生物分子（如蛋白质、DNA、RNA 等）具有靶向特异性结合并能够进行体内或体外示踪的带标记的化合物分子或材料等。分子探针大致可分为 肽类分子探针 用化学方法合成的小分子探针 核酸类探针 纳米材料探针 “智能”分子

20、探针48v 利用纳米探针产热治疗肿瘤，是纳米医学的研究热点之一 目前，科学家已经开发出很多纳米材料用于肿瘤的热疗，如磁性纳米材料在交变磁场的作用下产生热量来治疗肿瘤； 在激光的照射下，碳纳米管、氧化石墨烯、不同形状的金纳米材料等能将光能转化为热能，从而杀死癌细胞。 49纳米材料在分子影像中的应用纳米材料在分子影像中的应用v 核磁共振成像（核磁共振成像（Magnetic Resonance ImagingMagnetic Resonance Imaging，MRIMRI） 具有安全、无创、高空间分辨率、多方位及多参数成像，解剖信息不受组织深度影响的优点，但是很多患者在接受磁共振造影检测前需要注射

21、造影剂。50 目前，常见的 MRI 造影剂主要分为两类，即顺磁性造影剂和超顺性造影剂 目前临床应用最为广泛的是 Gd 的有机金属配合物， 具有半衰期短，副作用大，无靶向作用的缺点。 而纳米材料可以大大改善此性能。磁性氧化铁纳米颗粒 以其优异的体内安全性、肿瘤组织特异性及高磁敏感性， 已经成为构建新型MRI造影剂的首选材料。 51v CT CT 造影剂造影剂 目前主要是一些含碘的小分子化合物。这些造影剂在临床使用中也逐渐暴露出一些不足。例如，低分子量的碘造影剂会被肾脏快速清除；无法与大多数的靶向性分子或肿瘤标志物结合，造成至今缺乏基于碘的主动靶向性 CT 造影剂。 纳米技术的出现为解决上述 CT 造影剂的不足提供了一种全新的解决方案52v 纳米材料的优点：颗粒不会被肾小球滤过和肾小管排泄，而是依据尺寸大小不同进入肝实质细胞、脾，经网状内皮系统摄取聚集在肝、脾内，最终到达 kupffer 细胞的溶酶体中进一步分解。在其表面进行改性后，可进一步延缓被巨噬细胞吞噬，因此在体内的半衰期可以得到较大幅度的增加同时颗粒表面在改性的同时可引入靶向性的配体，使颗粒具有特异性的识别能力。金纳米颗粒由于良好的生物相容性及表面可修饰性，目前已被广泛的应用于生物医学中。5354