納米技術涉及的係統(粒徑)相當於人類頭發絲厚度的千分之一。一般來說，一個納米粒或納米係統包括一個保護性外殼及含有治療分子或診斷物質的內核。外殼或內核均可由多聚體或金屬製成(圖)。尺寸小及較大的表麵積與體積比，使其在進入細胞、緩慢釋放藥物、調節小分子有效負載毒性效應，以及在某些情況下對表麵接觸依賴的信號進行放大等方麵的能力，具有獨特的優勢。納米技術目前對3個不同的醫學領域有影響：治療、診斷和影像學。在這些領域內有著巨大的應用潛能。

治療

微球與微技術正在改變藥物轉運及醫學治療。含有微球且半衰期極短的藥物，可經皮下或肌內注射，可控製藥物水平及藥物轉運的持續時間¹。每年有數百萬例患者接受數周或數月的含有藥物的微球注射，包括亮丙瑞林、利培酮、胰高血糖素樣肽、納曲酮及其他藥物。將這些藥物置於控釋微球中，可獲得更好的藥物安全性、療效及患者依從性。不過，微粒無法靶向機體內的特定細胞，由於其體積過大，以致間質給藥後無法進入血流或被大多數細胞吸收。盡管單分子藥物可解決這兩種障礙，但含藥的納米粒較這類分子具有多種潛在優勢。它們可：(1)改善安全性狀況，允許增大給藥劑量，在保留治療必需的毒性效應(如給癌細胞運送細胞殺傷藥物)的同時，可使脫靶的毒性效應最小;(2)延長轉運時間;(3)協同聯合多種治療，提高其療效;(4)允許同時關閉多個靶標;(5)與免疫調節方法聯合;以及(6)通過同時靶向耐多藥蛋白而克服藥物耐藥。

含納米粒的藥物已經使治療獲得改進。含紫杉醇的納米粒，可在毒性比天然紫杉醇小得多的溶劑中進行注射，而含有多柔比星的納米粒，較遊離藥物顯示出更小的不良反應。靶向納米粒的作用甚至可能更佳。例如，靶向納米治療(含有可能具有毒性的藥物)能夠找到並將藥物直接轉運到病變組織，理想的情況下，可以使機體其餘部分免於潛在毒性物質的損害，有可能改善安全性和療效。一種情況下，納米球可采用諸如聚乙二醇等塗層包裹抗癌藥物，使其偽裝後不被免疫細胞攝取。塗層也含有歸巢分子(如抗體、適配體)，後者與細胞受體具有親和性，但其對健康組織的親和性遠小於(病變組織)。聚乙二醇塗層可使納米粒長時間循環――有時候達數天――而歸巢分子有助於其發現腫瘤。這一方法已經用於納米球包裹的多西他賽等藥物的臨床試驗²。

盡管基於納米粒的藥物轉運可改善現有藥物的安全性和療效，但其對於以諸如小幹擾RNA(siRNA)及信使RNA(mRNA)等方法為基礎的、較新出現藥物的有效運用更為關鍵。一個例子涉及可輕易靶向肝髒的脂質納米粒³。一項目前處於3期臨床試驗的技術，涉及開發基於脂質的納米粒來治療轉甲狀腺素蛋白(TTR)-介導的澱粉樣變性(ATTR)。ATTR是一種遺傳性、進行性加重的疾病，並且往往具有致死性，由TTR基因突變所致。在有家族性澱粉樣變性多發性神經病變的患者中，采用含siRNA的脂質納米粒治療ATTR的臨床數據顯示，修訂版神經病變損傷評分顯著下降，並且維持平均血清(水平)且TTR敲減達目標水平80%的持續時間超過9個月，而且給藥間期可達到90%的敲減水平。在這1年研究期間，患者對納米粒耐受良好，迄今為止，在最初被納入的所有患者中，尚未有藥物相關性嚴重不良事件的報告。所有患者繼續接受活性治療。

診斷

在診斷中，納米技術使人們能夠開發全新的方法，可使敏感性和特異性增加;具有多樣化傳感能力;在血液及其他體液中直接傳感;具有單細胞分析能力;以及即時及實時分析。一個例子是T2核磁共振(NMR)，這是一種可為現有診斷方法提供快速、敏感、簡單的替代方法的納米診斷平台。在該情況下，將塗有靶標特異性結合物質的納米粒，加至含有靶標的樣本中時，納米粒結合並聚集在靶標周圍。這種聚集改變了水樣的顯微環境，繼而改變測定的磁共振或T2弛豫信號，從而提示靶標的存在。這種方法可快速準確地檢出樣本中的分子靶標，沒有按照傳統聚合酶鏈反應(PCR)檢測的要求，費時費力地從樣本中純化或提取靶分子，因為這可造成90%或以上的靶標丟失。這種有效性使T2NMR具有低檢測下限，即1CFU/ml，相比之下，傳統基於PCR的方法通常要求為100～1000CFU/ml。

該技術潛在應用的一個例子是診斷諸如念珠菌病等感染。美國食品與藥物管理局(FDA)新近批準的一項基於T2NMR的檢測，能夠從患者的血樣中直接識別5種有臨床意義的念珠菌菌株。這具有重要意義，因為念珠菌菌血症的平均死亡率大約為40%，如在症狀出現12個小時內開始靶向治療可降至11%。新的檢查可在3個小時內提供結果，而非5天，這是一項有意義的及時變化，可改善這些患者的治療選擇，降低費用，有可能挽救生命⁴。目前正在為更廣泛的細菌檢測開發類似檢查。

影像學

納米技術也是最先進的影像學檢查手段的關鍵。由於其具有獨特的生理學特性，納米粒可用於天然免疫細胞的實時成像⁵;探查生理學及血管異常;使特定受體可視化;作為治療性納米粒的伴隨顯像劑;或使得全新的影像學應用成為可能。最終，納米粒為基礎的影像，將能夠提供其他方法難以獲得的具有優勢的診斷和預後信息，這有可能推進個體化的臨床醫療;療效量化;以及設計更好的治療和(或)臨床試驗。納米粒已經用於腫瘤、動脈粥樣硬化、心梗、糖尿病以及許多其他炎性疾病的成像⁵。

迄今為止，已經開發出許多具有不同生物學特性的納米材料。用於磁共振成像(MRI)的磁性納米材料可能研究得最為深入。這些材料與診斷中所應用的相似，不過必須具有生物相容性且可生物降解。納米氧化鐵(ferumoxytol)是一種FDA批準的納米材料，用於代替鐵劑治療貧血，也兼有強效MRI介質的作用。其他國家中有多種其他的磁性納米材料(如Combidex)。這些材料對於腫瘤淋巴結分期診斷的改良⁶、炎性疾病中免疫細胞浸潤的定量，以及增強血管成像十分有效。

目前，許多基於納米材料的正電子發射體層攝影(PET)物質處於臨床試驗(階段)，旨在將其用作治療診斷技術，或用來定量不同醫學狀況下的炎症程度。用於術中成像、內鏡、顯微鏡及光學體層攝影的、具有巨噬細胞親和性的熒光納米材料，正處在開發之中。已開發出大量用於其他以下影像學手段的其他納米材料：如計算機化體層攝影(CT)、超聲、光聲成像、光學相幹成像、拉曼成像、太赫茲成像、熱(上接E4版)成像、單光子發射計算機化體層攝影、磁性粒子成像及電子顯微鏡檢查。

展望

納米材料不僅用於進一步改進治療及診斷，也用於日常消耗品，未來有著激動人心的機遇。至於這些材料何時能在臨床中常規應用，技術開發需要時間――開發藥物通常需要10年以上，而納米材料不會例外。納米技術商業化的成功，最終在於證實其優於競爭方法，且證實其安全性。這一領域的經費大多來自聯邦項目，在過去的數年中具有催化作用。不過，上述中一些項目的終止，將促使研究人員尋找替代的資金來源，這有可能延緩未來的開發。

除上述特殊例子以外，未來的研究方向可能包括擴增相似的治療和診斷產品。由於許多納米粒對巨噬細胞具有親和性，因此有將其用作巨噬細胞治療(即使巨噬細胞亞群重新分化，或減少“促腫瘤”的M2表型)的特殊機會。另一特殊機會的領域可能是將納米材料與可穿戴電子產品結合起來。穀歌最近宣布其有意向開發搜索癌症的納米粒。穀歌作為新參與者進入該領域，對於探索較早期的疾病檢測來說，是一個受歡迎的補充。[JAMA2015;Vol313(2):135-136]