纳米技术向肿瘤研究领域不断渗透, 为肿瘤诊治提供了新的思路和方法并表现出其特有的性质。用纳米粒子作为抗癌药载体可克服肿瘤诊断和治疗传统方法中的许多缺陷和不足, 如现有的化疗药物多因严重的全身毒副作用和肿瘤的多药耐药性而达不到理想的治疗效果,可以通过将化疗药物及其载体纳米化, 达到缓释、控释和靶向的目的, 提高治疗部位的药物浓度, 减少用药量, 减轻或避免全身毒副作用;可以简化给药方式, 降低医疗费用, 逆转肿瘤的多药耐药性, 实现对肿瘤形态和代谢更加精确的描绘, 满足肿瘤诊断和治疗需要。本文拟对近年来国内外纳米技术在肿瘤诊治方面的研究进展做一综述。

    1  纳米粒子在肿瘤诊断中的应用

    1.1  体外应用  纳米粒子可定性或定量进行体外肿瘤细胞检测, 通过聚集标记物和避免降解, 使检测更为灵敏。例如应用荧光聚苯乙烯纳米球负载抗生蛋白链菌素和反式荧光球在a431细胞系上用单光流式细胞仪检测内皮生长因子受体, 比传统方法敏感25倍［1］。v.vaisanen等的研究表明用抗生蛋白链菌素包裹稀土族螯合物的纳米粒子进行定量免疫组化分析, 纳米粒子和信号与抗原数量成很好的线性关系［2］。用包裹的无机标记代替有机标记, 则更具光稳定性且不受细胞或组织背景荧光的干扰，对定性特别是对定量检测更合适和更敏感。

    1.2  体内应用  肿瘤影像学研究已从解剖影像、功能影像发展到现在的分子影像。新近出现的纳米肿瘤影像方法能提供准确的肿瘤治疗前后的情况, 因而可以监控治疗反应, 使肿瘤学家、外科医生、放射学家、病理学家及相关的研究人员在外科、放射及药物治疗上有了最佳的选择依据, 也就是说肿瘤治疗有了更准确的客观标准。通过评估肿瘤血液灌注、渗透性、血管容积和缺氧情况,可对预后进行判断。对许多肿瘤来讲, 淋巴转移是独立的诊断因素, 术前掌握准确的淋巴转移情况有助于提高淋巴清除的彻底性, 帮助医生决定是否采用新的辅助治疗。临床运用超顺磁性纳米粒子非侵入性检测前列腺癌的淋巴结转移的结果表明，不但可以检测出前列腺癌病人体内微小的淋巴结转移, 也可以检测出隐藏的淋巴结转移［3］。 在一组切除或活检的334个淋巴结中, 63个（18.9%）淋巴结来自33例经组织病理学诊断存在转移的病人（41% 、共80例病人）。 在这63个淋巴结中有45（71.4%）个不满足常见的恶性转移标准。用超顺磁性纳米粒子mri准确地识别了所有病人的淋巴结转移, 与传统的mri相比有高得多的灵敏性（90.5%对35.4%），同时也使特异性有所提高（从90.4%提高到97.8%）。这使外科医生能选择性地切除转移淋巴结, 减少传统手术中依靠触诊和望诊所存在的盲目性。moore等在兔的恶性脑肿瘤模型（鼠恶性神经胶质肉瘤）上对长循环右旋糖苷氧化铁纳米粒子进行体内研究显示, 纳米粒子经细胞内吞聚集在肿瘤细胞内, 聚集总量可以明显改变mr信号强度［4］。由于纳米粒子具有低扩散率和易被代谢活跃的细胞（肿瘤细胞和肿瘤浸润部位的巨噬细胞）内吞进入细胞内的特性, 因此描绘肿瘤边沿是可能的。距肿瘤主体有一定距离的微转移肿瘤也能吞噬纳米粒子并被观察到。这些结果表明纳米粒子能精确显示脑肿瘤边缘且显示的时间延长, 为活检或外科切除提供帮助。抗表皮生长因子受体抗体结合金纳米粒子可以传递到整个上皮组织, 提供高灵敏的共焦反射显微镜（reflectance confocal microscopy，rcm）对比因子, 具有对上皮组织癌前病变进行联合拍摄、诊断及治疗的应用前景［5］。以纳米级的半导体量子点（semiconductor quantum dots , qds）作为荧光免疫检验法的探针在细胞影像中的应用已达到成熟阶段。qds 结合免疫球蛋白g和抗生蛋白链菌素后在不同的样本中（培养细胞、混合细胞和组织切片）对细胞表面（乳腺癌标记物her2）、细胞质内（细胞骨架）、细胞核（核抗原）等亚细胞水平的靶标进行标记, 结果表明标记信号特异性地聚集到目标区并且与有机染料相比信号更加明显和稳定［6］。应用具有不同发射光谱的qds可在一个刺激波长情况下检测多个目标, 在多靶向检测中与有机染料探针相比存在实质性进步。应用纳米技术的mr影像还可以成为体内研究肿瘤生长动力学的工具, 因为观察到肿瘤倍增时间与肿瘤细胞摄取的纳米粒子成正相关。 mr影像也可以应用到血管造影术中, 在结合抗体后获得特异性靶向影像资料。
2  纳米粒子在肿瘤治疗中的应用

    2.1  组织的靶向作用  抗癌药体内分布广泛, 缺乏对肿瘤部位的特异亲和性, 用药达到很大的剂量才能在靶部位产生一个较高的浓度, 在杀死肿瘤细胞的同时也杀死大量正常组织细胞, 患者多不能耐受其严重的毒副作用使抗癌药的临床疗效受到限制。克服肿瘤治疗上存在的这些问题的一个重要策略是纳米技术，即用纳米粒子、纳米球或纳米胶囊选择性地把抗癌因子靶向肿瘤组织, 降低对正常组织的细胞毒性。纳米粒子的给药方式分为系统给药或局部给药。

    2.1.1  系统给药  细胞生长抑制剂（抗癌药物）与载体结合可改变了药物体内分布性质。 未被修饰的纳米粒子主要导向肝、脾、肺、骨髓等单核巨噬细胞系统（mps）［7］。事实上一旦进入循环, 这些纳米粒子就会被单核巨噬细胞系统迅速地吞噬和清除。这对治疗mps肿瘤（如肝癌、消化道肿瘤、妇科肿瘤、肝转移、骨髓瘤、白血病、支气管肺癌等）很有帮助, 可增强抗瘤效果, 改善预后。但因杀死大量巨噬细胞和抑制骨髓及3～5min的短半衰期使其应用受到限制。对于非mps肿瘤，需要能逃避巨噬细胞吞噬的纳米粒子作为载体, 这即是所谓的“秘密”粒子。这些纳米粒子在血液中的半衰期延长, 使它们有机会到达肿瘤或炎症部位。纳米粒子尺寸大小和表面特性对其体内命运有很大影响, 一般认为小于100nm或具有亲水性表面（与传统纳米粒子的疏水性相对）可以降低巨噬细胞的识别和清除［8］。 这种纳米粒子作为药物载体的化疗实验在负瘤动物身上显示了很好的应用前景。在恶性肉瘤动物模型中, sn-38 （一种喜树碱的半合成衍生物）与依林特肯 （sn-38的前药形式）的聚乳酸 （pla）或聚乳酸聚乙醇酸共聚物（poly（dl-lactic acid-co-glycolic acid）,plga）纳米粒子及依林特肯盐酸盐相比, 只有依林特肯纳米粒子具有明显的肿瘤生长抑制作用, 同时代表毒副作用的体重降低及腹泻也没有出现,其血浆浓度在8h后仍超过7 ng/ml［9］。相似的实验见于在ba1b/c鼠移植巨噬细胞肿瘤动物模型上应用以壳聚糖纳米球为载体（直径为100±10nm）的右旋糖苷结合阿霉素, 与游离阿霉素相比瘤体缩小, 存活时间延长, 特别是在预后上优于游离阿霉素［10］。维生素e tpgs修饰plga纳米粒子可以提高紫杉醇的溶解度, 降低现行紫杉醇佐药的严重毒副作用, 可以实现控释和靶向目的。药物包封率可达100%。通过控制维生素的含量可控制紫杉醇释放动力学［11］。其它类似药物实验也表现了很高的肿瘤聚集和控释, 提高了化疗效果。运用亲水的聚合物如聚乙二醇（peg）、泊洛沙姆（药用辅料）、多糖类等修饰纳米粒子, 使其表面带上亲水或中性的分子支链，避免蛋白吸附, 可获得延长的半衰期。兔体内研究表明, 应用吐温80修饰聚氰基丙烯酸异丁酯 （polyisobutylcyanoacrylate, pibca）纳米球与未修饰纳米球相比虽未观察到明显的体内分布及药物动力学参数的改变, 但是修饰后的纳米球却把吸附的阿霉素运送到了健康家兔的大脑中且浓度很高, 在静脉给药后2～4h最高可6μg/g,同时血浆中的药物浓度仅0.1μg/g左右［12］。此研究结果表明该类纳米粒子在颅内肿瘤的治疗中有潜在应用价值。此外，也有利用物理性质的靶向纳米粒子的研究和应用，如磁导向纳米粒子、热导向纳米粒子、ph导向纳米粒子靶向传递药物到肿瘤组织，可参阅相关文献［13～15］。

    2.1.2  局部给药（皮下或肿瘤内）  在局部给药途径下,水溶性的小分子物质快速通过毛细血管进入循环系统, 而纳米粒子则渗透到注射部位周围间质, 进而被淋巴系统吸收, 因此局部或皮下注射的纳米粒子可以靶向淋巴, 用于淋巴系统肿瘤或淋巴转移瘤的化疗。例如皮下注射活性碳吸附阿米柔星可治疗小鼠的淋巴转移瘤［16］； 肺部吸入雾化固态亲脂性放射标记的纳米粒子在主动脉周、腋窝及腹股沟淋巴结中有很高分布,可用作肺肿瘤或转移瘤局部放疗药物载体［17］。

    2.2  细胞靶向作用

    2.2.1  靶向传递抗癌因子到肿瘤细胞  通过转入使宿主细胞产生对肿瘤细胞发生免疫应答的相关基因, 或转入直接抑制或杀伤肿瘤细胞相关的基因也是肿瘤基因治疗的主要方式。现有的基因治疗研究涉及的基因载体多为病毒类。病毒类载体免疫原性较强, 易引起免疫反应和被补体灭活, 载体容量有限, 转移基因的随机整合可能有导致癌基因活化及功能基因失活的潜在危险。因此, 非病毒载体即纳米粒子作为基因载体有了很大发展。如为了避免转入的dna在溶酶体内降解, 应用plga纳米粒子作为dna等大分子抗癌因子的载体, 可迅速（＜10 min）脱离溶酶体, 在细胞质内以较低速率释出dna等抗癌因子［18］。标记基因在前列腺癌细胞系内的表达也表明dna从离开溶酶体的纳米粒子中缓慢地释放到细胞质并且聚集在细胞核区域, 转染基因表达水平在数天内达到高峰，17天中累计释放率达到82%。通过向体细胞内注入寡核苷酸（odns）来控制内源基因的表达也是肿瘤基因治疗的方式之一, 但odns易被普遍存在的核酸内切酶降解且其表面阴性电荷也阻止其进入细胞。为避免odns的细胞外降解并靶向细胞, 增强细胞内聚集、延缓细胞内降解及提高细胞内浓度和抗癌效应, 一种新的纳米胶囊已被设计出来［19］。这种纳米胶囊有一个水性的内核来容纳odns。研究表明纳米胶囊可以保护odns不被血清中的核酸酶降解。肿瘤内注射的纳米胶囊包裹的odns在累积14.4nmol后能显著抑制肿瘤生长, 而游离的odns则没有生物活性［20］。如果进一步对纳米粒子表面进行修饰, 则可以靶向mps外或静脉应用。

 2.2.2  靶向传递抗癌药物到肿瘤细胞  把药物靶向需要杀死的肿瘤细胞是很多人的梦想。理论上应用配体-受体或抗体-抗原等生物特异性相互作用可以实现这种主动靶向。这在很大程度上与受体介导的细胞内吞相关。如以聚乙内酯（pcl）纳米粒子为载体的他莫西芬与雌激素受体阳性细胞共孵30min后大量进入肿瘤细胞, 1h后有相当部分在肿瘤细胞核周出现［21］。纳米粒子迅速进入细胞内且细胞内他莫西芬的浓度存在一个饱和过程。这些特性使药物具有了靶向肿瘤细胞和持续释放的作用, 因而可提高疗效。叶酸作为标记配基的纳米粒子在kb细胞（人鼻咽癌内皮肿瘤细胞系）中的集浓度是未标记纳米粒子的10倍, 此种包含钆的纳米粒子可以在中子捕获治疗中加以应用［22］。人恶性肿瘤细胞过表达叶酸受体, 把叶酸和纳米粒子连接在一起, 可以主动靶向肿瘤细胞。 细胞膜共振提示叶酸纳米粒子在肿瘤细胞中的浓度比游离叶酸高10倍［23］。 纳米粒子表现为以多价配基结合叶酸, 叶酸受体经常在细胞膜上成簇排列, 结果是纳米粒子和肿瘤细胞间出现了多价增强作用。此外, 聚焦显微镜表明结合叶酸的纳米粒子可被有叶酸受体的肿瘤细胞（kb3-1）选择性地吞噬。

    2.3  逆转肿瘤细胞的耐药性  肿瘤细胞对抗肿瘤药物产生耐药性是很多实体瘤化疗失败的重要原因。由p蛋白介导的多药耐药性（mdr）最突出，也最常见。为克服mdr，恢复肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性, 可以使用p蛋白反相因子（维拉帕米、胺碘酮环孢霉素）或应用胶体载体（微脂粒纳米粒子）。 其理论是p蛋白只对出现在细胞膜的游离药物起作用, 对内吞的包裹药物无效。应用纳米粒子可以有效地将药物携至细胞内, 因此可以逆转肿瘤细胞的耐药性。阿霉素是p蛋白的底物，很多肿瘤细胞对阿霉素产生抵抗, 所以很多提高阿霉素疗效的研究就集中在包裹阿霉素的纳米球上。在抗阿霉素的肿瘤细胞系（c6细胞亚系）兔肿瘤模型上, 聚异己基氰基丙烯酸（polyisohexylcyano-acrylate,pihca）纳米球负载的阿霉素总是比游离的阿霉素有更高的细胞毒性［24］。然而细胞内的阿霉素浓度却是游离的阿霉素为高, 可排除构成纳米球的组分 （完整的或降解的）与p蛋白的直接作用; 另一现象是纳米球只对单纯由p蛋白介导的mdr有效, 对有其它机制参与的mdr无明显作用。但相反的结论在应用pibca纳米球负载阿霉素时被观察到［25］。pibca比pihca能更快的降解, 在p388/adr细胞系（过量表达p蛋白的鼠白血病细胞系）细胞内纳米球组的阿霉素浓度较高, 加入细胞松弛素b（细胞内吞抑制物）对细胞吸收动力学没有影响, 药物外排在两种情况下相似。这些表明pibca纳米球没有进入细胞内, 和以前的假设相反。因此纳米粒子恢复p蛋白介导mdr的机制就可能是纳米球在细胞膜附近降解, 造成局部高浓度, 使p蛋白饱和。也就是说逆转抗药性的机制, 不仅与纳米粒子吸附于细胞膜有关, 也与增加阿霉素扩散到细胞内的量有关。这些机制目前仅在氰基丙烯酸异酯类型的纳米粒子载体上观察到。为了更有效地逆转肿瘤抗药性, 应该满足以下三方面条件: ① 粒子表面应该能与细胞膜粘附, 以提供一个浓度梯度; ②纳米粒子的降解应和药物的释放在同一时间发生, 其它类型纳米粒子逆转肿瘤耐药性的失败可归因于二者不同步上;③应形成离子对。纳米粒子负载阿霉素和维拉帕米、胺碘酮合用能提高细胞毒性, 但因严重的毒副反应不能用于人体。但其与环孢霉素的共同负载却显示了很好的肿瘤生长抑制作用, 可以大幅度降低阿霉素和环孢霉素副作用, 提高疗效［26］。其中二者同时包裹的效果是最好的。其机理可能是二者同时释放到肿瘤细胞表面起到了协同作用。

    2.4  纳米粒子在中药抗肿瘤方面的应用  中草药在肿瘤治疗过程中占有相当重要的地位, 在as2o3治疗白血病的启示下, 纳米化的雄黄对ecv-304细胞的凋亡率与纳米化的程度具有良好相关性, 100nm、150nm、200nm和500nm粒子相应的细胞凋亡率分别为68.07%、49.62%、7.51%和4.92%［27］。 石决明在处于纳米状态时（小于100 nm）其性质与微米粒径状态时比较有极显著的差别。

    3  结论

    本综述讨论了纳米粒子在肿瘤诊断和治疗中的应用。纳米粒子为肿瘤的诊断治疗提供了一种新的手段。但仍有一些问题需要进一步的研究,今后的工作将会集中到分子反应水平、血管水平上及新的纳米粒子应用形式上, 如给药形式在纳米粒子的应用等。主动靶向也将是研究的重点。随着这些问题的解决, 纳米技术将会成为癌治疗方面的一种更为有力的工具。
参考文献

    1  bhalgat mk, haugland rp, pollack js, et al. green-and red-fluorescent nanospheres for the detection of cell surface receptors by flow cytometry. j immunol methods,1998, 219:57-68.

    2  vaisanen v, harma h, lilja h, et al. time-resolved fluorescence imaging for quantitative histochemistry using lanthanide chelates in nanoparticles and conjugated to monoclonal antibodies. luminescence,2000, 15:389-397.

    3  harisinghani mg, barentsz j, hahn pf, et al. noninvasive detection of clinically occult lymph-node metastases in prostate cancer. n engl j med,2003 ,348（25）:2491-2499.

    4  moore a, marecos e, bogdanov a, et al. tumor distribution of long-circulating dextran-coated iron oxide nanoparticles in a rodent model.radiology, 2000,214:568-574.

    5  sokolov k, follen m, aaron j, et al. real-time vital optical imaging of precancer using anti-epidermal growth factor receptor antibodies conjugated to gold nanoparticles. cancer res,2003, 63（9）:1999-2004.

    6  wu xy, liu hj, liu jq, et al. immunofluorescent labeling of cancer marker her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots. nat biotechnol,2003, 21（1）:41-46.

    7  grislain l, couvreur p, lenaerts v, et al. pharmacokinetics and distribution of a biodegradable drug-carrier.int j pharm,1983, 15:335-345.

    8  storm  g, belliot so, daemen t, et al. surface modification of nanoparticles to oppose uptake by the mononuclear phagocyte system. adv.drug deliv rev,1995,17:31-48.

    9  onishi h, machida yk, machida yh. antitumor properties of irinotecan-containing nanoparticles prepared using poly（dl-lactic acid） and poly（ethylene glycol）-block-poly（propylene glycol）-block-poly（ethylene glycol）. biol pharm bull,2003,26（1）:116-119.
10  mitra s, gaur u, gosh pc, et al. tumor targeted delivery of encapsulated dextran-doxorubicin conjugate using chitosan nanaoparticles as carrier. j control release,2001,6;74（1-3）:317-323.

    11  mu l, feng ss . a novel controlled release formulation for the anticancer drug paclitaxel （taxol（（r）））:plga nanoparticles containing vitamin e tpgs. j control release,2003, 9;86（1）:33-48.

    12  gulyaev ae, gelperina se, skidan in, et al. singnificant transport of doxorubicin into the brain with polysorbate 80-coated nanoparticles. pharm res,1999,16:1564-1569.

    13  zhang y, kohler n, zhang m. surface modification of superparamagnetic magnetite nanoparticles and their intracellular uptake. biomaterials,2002,23（7）:1553-1561.

    14  kong g, braun rd, dewhirst wm. hyperthermia enables tumor-specific nanoparticle delivery:effect of particle size. cancer res,2000，60（16）:4440-4445.

    15  na k, bao yh. self-assembled hydrogel nanoparticles responsive to tumor extracellular ph from pullulan derivative/sulfonamide conjugate:characterization, aggregation ,and adriamycin release in vitro. pharm res,2002,19（5）:681-688.

    16  sakakura c, takahashi t, sawai k, et al. enhancement of therapeutic efficacy of aclarubicin against lymph node metastases using a new dosage form: aclarubicin adsorbed on activated carbon particles. anti-cancer drugs, 1992, 3:233-236.

    17  videira ma, botelho mf, santos ac，et al. lymphatic uptake of pulmonary delivered radiolabelled solid lipid nanoparticles. j drug target, 2002,10（8）:607-613.

    18  panyam j, zhou wz, prabha s, et al. rapid endo-lysosomal escape of poly（dl-lactide-co-glycolide） nanoparticles:implications for drug and gene delibery. faseb j, 2002,16（10）:1217-1226.

    19  lambert g, fattal e, pinto-alphandary h, et al. polyisobutylcyanoacrylate nanocapsules containing an aqueous core as a novel colloidal carrier for the delivery of oligonucleotides. pharm res, 2000, 17:707-714.
 20  lambert g, bertrand jr, fattal e, et al. ews fli-1 antisense nanocapsules inhibits ewing sarcoma-ralated tumor in mice, biochem. biophys res commun,2000,279:401-406.

    21  chawla js, amiji mm. cellular up- take and concentrations of tamoxifen upon administration in poly（epsilon-caprolactone） nanoparticles. aaps.pharmsci,2003,5（1）:e3.

    22  oyewumi mo, mumper rj. engineering tumor-targeted gadolinium hexanedione nanoparticles for potential application in neutron capture therapy. bioconjug chem,2002,13（6）:1328-1335.

    23  stella b, arpicco s, peracchia mt, et al. design of folic acid-conjugated nanoparticles for drug targeting. j pharm sci, 2000,89:1452-1464.

    24  bennis s, chapey c, couvreur p, et al. enhanced cytotoxicity of doxorubicin encapsulated in polyhexylcyanoacrylate nanospheres against multi-drug-resistant tumour cells in culture. eur j cancer,1994, 30 a :89-93.

    25  de verdiere ac, dubernet c, nemati f, et al. uptake of doxorubicin fro loaded nanoparticles in multidrug-resistant leukemic murine cells.cancer chemother. pharmacol, 1994,33: 504-508.

    26  soma ce, dubernet c, bentolila d, et al. reversion of multidrug resistance by co-encapsulation of doxorubicin and cyclosporin a in polyalkylcyanoacrylate nanoparticles. biomaterials, 2000,21:1-7.

    27  deng y, xu hb, huang kx, et al. size effects of realgar particles on apoptosis in a human umbilical vein endothelial cell line:ecv-304.pharmacological research, 2001,44（6）:513-518.