灵魂拷问！《ACS Nano》：纳米医学何去何从？

全球纳米技术的发展和应用推动了许多科学进步，但必须同时平衡技术的期望和担心。如今纳米技术存在的一些热点问题如下：（1）纳米领域目前的研究状况。(2) 学术界/研究机构和政府之间的沟通和投资网络如何？（3）纳米技术的亮点应用是什么？包括专注于新兴（2019年冠状病毒）和当代（糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病和癌症）疾病的诊断、治疗和监测。事实上，在最近，纳米毒理学的概念已经出现，以解决纳米医学存在的问题。纳米医学领域需要更多的纳米毒理学研究来确定不良影响并保证安全性。

鉴于此，科英布拉大学药学院Ana Figueiras教授团队提供了关于纳米医学和纳米毒理学作为纳米技术巨大难题的核心部分的整体观点。首先，团队突出纳米技术对教育和研究的影响，其次是市场趋势和科学产出趋势。然后，对监管问题和临床试验进行了反思。最后，提出了一些结论和未来展望，以便更清晰、更安全地将纳米药物从实验室转移到临床。相关综述近期发表于《ACS nano》。

纳米技术作为政府的优先事项

纳米技术通过积极和多方面的研发计划取得了长足的进步，在我们如何生活、穿着、饮食和管理能源或水等资源方面取得了惊人的成果。

图1 | 纳米技术包括纳米材料、纳米工具和纳米器件。纳米材料探索纳米物体和纳米结构材料。纳米物体的使用涉及纳米粒子、纳米纤维、纳米板或纳米涂层的应用。

纳米技术在教育和研究中的影响

在Nanowerk.com数据库中提供的信息下，作者总结了从事纳米技术工作的学术机构、研究网络和公司的数量。对纳米技术的关注始于学术界和研究中心，共有1148个注册地点，其中美国有505个，英国有124个，其次是德国，有85个记录。当前研究纳米技术的研究机构和实验室的数量可能反映了全球一体化的成功并支持向商业的转化。此外，这些也可能有助于突破纳米技术领域的市场趋势和发布指标。

图2 | 纳米技术合作的学术机构、研究网络和公司数量的示意图。

纳米技术市场趋势

COVID-19在2020年的大流行对纳米技术市场产生了负面影响。尽管如此，预计全球在2000-2030年的时间范围内纳米技术市场将显着增长，复合年增长率以9.2%至36.4%的速度扩张。随着纳米材料在受控/有针对性的方式保护和传递内容物的应用，预计该细分市场将继续增长。2020年全球纳米材料市场预计为71亿美元，到2027年可能达到136亿美元，复合年增长率为9.7%。

图3 | Mordor Intelligence 报告的2021年至2026年全球纳米医学市场趋势。

如何应对纳米药物和纳米毒性困境？

在制备纳米药物时，必须考虑一些问题：（1）要解决的疾病，（2）目标人群，（3）考虑其生物药物分类及其吸收、分布、代谢的活性药物成分的选择，排泄，和毒理学概况，（4）最适合解决活性药物成分问题的纳米材料类型，以及（5）给药途径的选择以及它如何影响，（6）药代动力学和药效学。为了回答前面的问题，需要考虑一些关键点：（1）纳米载体类型的选择，（2）其组成，（3）其物理化学性质，以及（4）靶向/触发/隐身的选择可以减少副作用的结构域或膜包裹。接下来是实行的步骤，包括生成的纳米粒子的表征。然后，应完成并评估活性药物成分，然后预测纳米药物的生物相互作用。最后，为了解决已开发纳米药物的安全性和有效性特征，必须从3R的角度进行体内研究，以解决纳米药物的ADMET行为。所有这些都应得到基于风险评估的逐步方法的支持。所获得的纳米药物在可以实现的性能方面是独一无二的，这决定了治疗的安全性和有效性。

图4 | 物理化学性质，如尺寸、形状、表面部分、组成、机械性能和材料类型，是纳米药物安全性的关键决定因素。

临床试验

与传统药物相比，纳米药物缺乏对患者预后的可预测性。尽管在纳米药物的开发过程中遇到了种种困难，但仍有相当数量的纳米药物获得了EMA、FDA或相关主管部门的批准，还有一些正在临床试验中。如今，市场上大约40%的纳米药物依赖于蛋白质-聚合物偶联物或脂质体制剂，其中大多数针对癌症治疗。事实上，在clinicaltrials.gov网站上使用搜索词“纳米颗粒”列出的525项临床试验中，只有191项将“毒性”评估作为参数。此外，只有81项正在招募、尚未招募或正在招募但未招募的临床试验。基于解决安全和可持续设计观点的重要性，研究人员正在构建纳米医学的监管范式。循环纳米材料使用的理念是基于解决纳米材料的安全性、生产步骤、使用和寿命的原则，使纳米药物具有成本效益，获得更快速的监管批准。

图5 | 用于治疗目的的纳米粒子的体内吸收、分布、代谢和排泄 (ADME) 机制的代表性说明。

结论：纳米医学无疑已经立足于学术界和临床中。它可能构成常规治疗的辅助和治疗当代疾病的途径之一。在纳米材料的设计、化学构建以及使用计算方法对结构-性质分析的详细方面取得了巨大进步，这些都推动了纳米药物领域的发展。工业4.0的革命要求更快、更轻松地获得医疗保健服务。纳米物联网的加入带来了更加个性化、及时和方便的健康监测和治疗，这一概念在21世纪彻底改变了医疗保健行业。纳米物联网一直在创建一个更新药物范式的系统，考虑到这一点，纳米物联网可以自动发现药物并实现早期疾病检测和诊断，从而实现更准确、实时和有效的治疗。

来源：高分子科学前沿

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