小颗粒,办大事!医疗用纳米碳酸钙“擦亮”超声成像,“便捷”药物传递


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  纳米碳酸钙在医疗领域的应用

中国粉体网讯  碳酸钙,富含构成基本生物体的钙元素,先天便具备优异的生物兼容性和较强的可吸收性。近年来,随着纳米技术的不断进步,纳米碳酸钙在医疗领域逐渐展露出不俗的应用潜力。

 

以目前的粉体技术而言,纳米碳酸钙易于合成、表面可修饰性强,并且碳酸钙本身pH响应性敏锐,溶解性好,表面暴露钙离子对阴离子(比如羧酸根和磷酸根离子)有很强的亲和力,故而被广泛用作纳米载体和生物治疗领域。


 


微观形貌的球形碳酸钙

 

1碳酸钙在生物治疗领域的应用

 

碳酸钙材料的生物治疗主要围绕药物或者基因传递体系,包括纯的碳酸钙载体,中空或者多层结构的碳酸钙载体以及有机-无机杂化碳酸钙载体。

 

1.1基因药物载体

 

研究认为,炎症在肿瘤的发生、发展、侵袭和转移过程中起着重要作用。因此,开发多功能基因载体在不引起炎症的同时增强治疗效果具有重要意义。

 

徐福建等以组装的海藻酸钠胶束为模板,利用生物矿化法制备尺寸和形貌可调的海藻酸钠-碳酸钙杂化纳米颗粒,并应用于温和光热增强的基因治疗。

 

为了同时引入温和光热性质和基因递送功能,通过席夫碱/迈克尔加成反应,利用聚多巴胺包覆层将阳离子聚合物修饰到一维海藻酸钠-碳酸钙纳米颗粒的表面。一方面,阳离子聚合物可用于基因转染;另一方面,聚多巴胺赋予载体温和光热性能和光声成像能力。

 

实验结果表明,在低功率密度的近红外光照射下,载体产生的温和光热效应可以促进载体内吞。同时,载体的降解可以进一步促进基因释放,从而提高基因转染效率。所构建的基因载体可以在获得更好的治疗效果的同时防止炎症反应。此外,载体还可通过超声/光声双模式成像实现对肿瘤治疗过程的监测,这为肿瘤治疗提供一种新的思路。

 

此外,Zhao等设计并合成了一种具有生物相容性和生物降解性的超顺磁性碳酸钙晶体用于药物-基因共递送。具有多孔结构的碳酸钙晶体负载了阿霉素(DOX),Au-DNA和Fe3O4@二氧化硅纳米粒,具有较高的细胞摄取效率,且DOX与基因有效靶向在肿瘤部位,集生物医学成像和药物递送于一体。

 

1.2细胞靶向钙化

 

Zhao等提出癌细胞靶向钙化(CCTC)的方法,选择叶酸受体(FR)过表达的HeLa细胞,来吸附叶酸(FA)分子,然后在局部富集Ca2+,诱导特定的细胞钙化,并由此产生的钙矿物包裹癌细胞,诱导癌细胞死亡。

 

研究结果表明,与传统化疗相比,CCTC治疗可以有效抑制肿瘤生长和转移,而不损害正常细胞。这一成果可能代表了一种用选择性钙化替代硬化治疗肿瘤疾病的方法。

 

Zhu等选择硫酸软骨素作为最佳靶剂和连接剂,诱导外源Ca2+和CO32-原位生物矿化,生成靶向癌细胞膜的生物相容性碳酸钙纳米结构。研究发现,生成的CaCO3纳米结构可阻断转运蛋白,导致线粒体膜电位崩溃,乳酸脱氢酶释放增加,最终诱导癌细胞凋亡。这一研究可能为癌症的有效和特异性治疗带来希望。

 

2碳酸钙在超声成像领域的应用

 

通过将纳米碳酸钙与有机荧光分子(比如吲哚类菁,吲哚菁绿),无机纳米材料(比如金纳米,四氧化三铁)或者元素离子(比如锰离子,铕离子,钆离子)等材料相结合,令荧光成像、磁共振成像等成像模式得以实现。

 

超声成像是一种普遍的易操控的非侵入性诊断方式,并且相比于其他诊断方式其对于病人来说更加安全和舒适。然而,因为肿瘤组织具有类似于正常组织的超声属性,所以对肿瘤的超声成像常常不具有其他成像方式表现出的高分辨率,这增加了超声成像在肿瘤诊断中区分肿瘤组织与正常组织的难度。

 

幸运的是,基于碳酸钙的超声增强造影剂已被发展起来用于提高超声成像的分辨率。碳酸钙纳米生物材料能够在肿瘤酸性位点生成二氧化碳气体,由于连续生成的二氧化碳纳米气泡结合成微米气泡,强回波反射超声信号得以持续存在,进而大大增强了超声成像的信号。

 

例如,Kim课题组将碳酸钙纳米材料包覆成为一种基于普朗尼克的柔性生物兼容型纳米载体,并用作超声增强造影剂,结果发现这种材料在含血清的培养基介质中表现出高的胶态稳定性并且在肿瘤位点1小时内极大提高超声成像造影信号的强度。

 

结语

 

纳米碳酸钙在医疗领域的应用,除上述内容外,还被广泛用于医疗耗材、补钙剂、酸性疾病治疗剂等多个方面,材料性质和运用技术颇为成熟。此外,目前国内医药领域用碳酸钙产品的生产已逐步发展起来,如正和、天石、凯恩斯等众多纳米碳酸钙企业在医药用碳酸钙生产研发方面都取得了一定成绩。粉体网编辑认为,碳酸钙在医疗领域,潜力和价值都十分值得期待。

 

参考来源

 

汪伟,等:非晶碳酸耗基纳米生物材料的设计、合成与应用研究,中国科学技术大学

苏慧,等:细胞表面壳化的研究进展,太原理工大学

周叶舒,等:无机纳米材料在药物递送中的研究进展,中国药科大学学报

Fu-Jian Xu.Biomineralized calcium carbonate nanohybrids for mild photothermal heating-enhanced gene therapy,Biomaterials

推荐0

作者:昧光

总阅读量:417588

相关新闻:
网友评论:
0条评论/0人参与 网友评论

版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国粉体网"的所有作品,版权均属于中国粉体网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品,应在授权范围内使用,并注明"来源:中国粉体网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源:xxx(非本网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责,且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用,必须保留本网注明的"稿件来源",并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起两周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

粉体大数据研究
  • 即时排行
  • 周排行
  • 月度排行
图片新闻