奈米醫學(Nano Medicine)

奈米技術的發展，藉由物質在奈米尺度下呈現出迴異於巨觀尺度下的物 理、化學以及生物化學性質而得以運用於生醫之檢測與治療等方面。而由於 尺度上落於同一範疇，奈米科技與分子生物學科技間得以相互為用。

奈 米 生 物 技 術 在 奈 米 生 醫 研 發 方 面 ， 大 致 涵 蓋 藥 物 傳 遞 （ drug delivery）、磁振造影（Magnetic Resonance Imaging, MRI）顯影劑、奈 米生物檢測、奈米粒子生物分子鍵結技術及高熱治療（hyperthermia）等多 方領域。

5.2.7.1奈米生物檢測

舉例而言，當奈米技術能夠區分出健康和患病者D NA基因內碼排 列的差異性時，將可利用奈米技術來加以修正；生物晶片因為結構微 小，其偵測靈敏度極高，只需要極少量檢體即能檢驗出病因，生物晶片 一旦發展成功，從分子生物學角度出發，一次便可做多種檢驗，且不到 幾分鐘或幾秒鐘之內便可完成。能夠取代當今繁複的各項檢驗，可以讓 檢驗流程快速正確。

5.2.7.2奈米粒子生物分子鍵結技術

M13 phage是一種感染格蘭氏陰性菌的病毒，俗稱嗜菌體。M13 嗜 菌體經由篩選可以得到對目標分子具高度專一性之病毒株。而將嗜菌體 的高度專一性的特性應用在對於病變組織方面，未來可攜帶藥物進行專 一性毒殺，可達到標定式治療的目標。不同奈米材料也將對不同分子、

細胞，具有不同的毒殺性，本身經特殊設計後，也可達到標定式治療兼 影像的目的。

5.2.7.3藥物攜帶

奈米醫學將為基因治療提供新的解決問題方法.給基因治療帶來了 極大的希望。利用安全可靠的奈米載體來解決基因治療的關鍵問題。

dentrimer是呈樹狀結構的多聚物，大小在奈米尺寸間，可以攜帶DNA

安全通過機體的防衛系統到達靶細胞內。dentrimer是呈樹狀結構的多聚 物，大小在奈米尺寸間，可以攜帶DNA安全通過機體的防衛系統到達 靶細胞內。dentrimer和其他polymer的不同是它的奈米結構，可根據人為 意願來確定它的合成次數以決定它的準確大小。它的表面可以像鉤子一 樣抓住有機藥物和DNA等，可使dentrimer的大小正好可引起細胞的胞飲 作用而使其進入細胞。一旦進入細胞，DNA就會被釋放出來與細胞的基 因融合在一起。對於基因治療來說，雖然此項研究尚處於研究早期，但 結果顯示這種合成的奈米物材料可能是更加安全的病毒載體替代物。

5.2.7.4藥物釋放

近年來新穎藥物開發的速度加快，特別是基因體及生物資訊的發 展，使得許多從前未知的蛋白質功能，得以迅速發現與判別。增加藥物 開發的標的(targets)。而各種高速篩檢的工具層出不窮，也使得有用新藥 開發機率大增。使得對於新型的藥物傳送系統的需求非常迫切。鑒於奈 米技術的諸多優點，奈米藥物傳送系統的開發希望能夠突破傳統方式的 瓶頸，採用直接修飾藥物，或是特殊劑型如乳化液或微脂粒的形式，以 物理包覆藥物的方式達到傳送的目的。

奈米微脂粒即為ㄧ例:驅動(trigger)微脂粒包覆藥物且釋放，即將微 脂粒設計為可控制釋放的微型載體，使藥物能夠被程序化(programmable) 的釋放出來，以增加藥物的生物可用效率(bioavalibility)，以提高藥效。

驅動微脂粒藥物釋放分為物理驅動釋放(physical trigger release)、化學驅 動釋放(chemical trigger release)和生物驅動釋放(biological trigger release) 三種方式。其中，物理性驅動微脂粒藥物釋放：微脂粒在包裹藥物後，

如能使微脂粒的穩定度增加的同時，則藥物釋放量減少，使得藥物吸收 率也相對的降低，因此利用磁場、熱、微波、雷射、超音波、電場、光 動力和血管剪應力等物理方式給予微脂粒脂雙層能量，使藥物能夠釋放 出來；化學方式驅動微脂粒藥物釋放：以體外(in vitro)模擬的方式，通 常在微脂粒懸浮液中加入界面活性劑的物質，使微脂粒的脂雙層結構因 為過量的界面活性劑嵌入進而使微脂粒脂雙層瓦解(collapse)而使藥物 大量漏出；在體內(in vivo)情況，以口服微脂粒藥物為例，酸鹼值敏感(pH

sensitive)的微脂粒使藥物安全地經過胃酸的洗鍊再經由膽鹽(bile salt)的 瓦解使藥物在腸胃道被大量吸收；另外，當微脂粒完整地進入細胞內時 也因酸鹼值敏感(pH sensitive)的材質在接觸到核內體(endosome)時瓦解 使藥物在細胞內釋放；生物性驅動微脂粒藥物釋放：第一種反應是微脂 粒與脂蛋白或紅血球的脂質成份發生交換，導致微脂粒的脂雙層結構的 不完整，包覆在微脂粒中的物資被釋放於血液中。第二種的調理作用則 是微脂粒與血液中的血漿蛋白，如免疫球蛋白(immunoglobulins)，因為 吸附或是電荷的交互作用而結合。這些血漿蛋白上有接受器可被巨噬細 胞(macrophage)所辨識，進而把微脂粒吞噬，導致微脂粒從血液中被清 除。假設微脂粒在血液循環中未被清除，那麼特殊材質的微脂粒流經癌 症細胞的部位，被癌症細胞分泌的酵素PLA2 給切斷脂質，使藥物大量 釋放。微脂粒包覆藥物後與細胞間直接作用被有效吸收的藥物為最常 見，其作法方式有膜與膜之間的交換(intermembranetransfer)適用於脂溶 性藥物、接觸釋放(contact release)可在細胞膜附近釋放大量的水溶性。

5.2.7.5 MRI顯影

近年來功能磁性奈米微顆粒（functional magnetic nano-particles）在 基因科技與醫藥應用的研究已有許多進展，主要為核磁影像檢測、目標 導向藥劑、基因篩選或細胞分離、腫瘤治療等生醫用途。其中目標導向 藥劑，就是運用磁性微顆粒作為藥物載體(drug carriers)，由於鐵磁性鎳 或鈷顆粒可能致癌，所以多使用磁性氧化物，如Fe₃O₄和Fe₂O₃，作為藥 物載體。功能Fe₃O₄奈米顆粒可以化學法合成，再以界面活性劑作表面 處理，並加入飽和脂肪酸或脂肪酸混合物等，以音波震盪得到脂族微乳 液，或也可以甲基丙烯酸、聚苯乙烯等高分子包覆磁性顆粒。繼而將脂 類或高分子包覆的磁性顆粒與特定用途的藥物、抗體或蛋白結合形成複 合粒子。將這種載有高分子和蛋白的磁性奈米粒子做為藥物載體，注射 入生物體內，再於體外施以磁場，導航控制磁性微粒子在體內的移動，

使具藥物的複合微顆粒移置於病變部位，進行藥物釋放或治療的目的。

這類「磁性靶向藥劑」（magenetically targeted drug delivery）在醫 療臨床使用的優點是控制藥物在病變部位聚集，以提高其醫療效率，並

減少肝或腎等由於藥物產生的副作用。功能磁性奈米顆粒已用於癌症細 胞的診斷和治療；由於癌細胞與正常細胞的表面醣鏈具有差異，於磁性 顆粒外部包覆物質結合特定抗體蛋白或分子，可以做為癌細胞檢測或治 療。

5.2.7.6奈米熱療法

功能磁性微顆粒可直接用於熱療法（hyperthermia）腫瘤醫治，例 如使用脂類包覆磁性顆粒（Magnetite Cationic Liposomes, MCLs）注射 入癌腫瘤區，施以高頻電磁輻射，磁性顆粒吸收電磁波能量而升高局部 區之溫度，因癌腫細胞對高溫度承受程度較正常細胞為低，控制輻射強 度與時間，使溫度達到癌腫細胞受損而不影響正常細胞，可以有效控制 癌腫瘤體積，在小老鼠和白兔等動物體內的臨床實驗，已證實這種局部 熱療的效果。核子醫學應用放射性同位素從事檢查及治療，雖然經特定 標記的放射性藥物可具臟器或組織選擇性聚集，但實際上放射性藥物會 隨時間在體內擴散，當進行多次或過量放射性輻射治療時，可能會反向 引起體內部分正常細胞受到傷害。以奈米磁顆粒結合放射性藥物，施加 外部磁場，作導引及控制，於臨床檢測或治療，則能減少放射性藥劑之 擴散，減低對正常組織傷害。

MRI顯影劑的開發及應用技術上，利用氧化鐵奈米粒子為核心開發 出以聚乙二醇（Polyethylene Glycol, PEG）及樹枝狀高分子（dendrimer）

為包覆材料的氧化鐵奈米粒子，進行相關生物測試後，確立奈米粒子在 生物體內之分布，具有生物相容性及生物體內穩定性佳的優點。除利用 磁性之氧化鐵奈米粒子外，更進一步以Cy5螢光染劑修飾，開發同時具 有磁性及光性之奈米粒子；並開發葉酸（folate）修飾之氧化鐵磁性奈米 粒子，可專一性選擇而進入對葉酸受器過度表現之肝癌及乳癌腫瘤細 胞。

奈米粒子熱治療技術開發與應用上，以磁性奈米粒子作為熱源

（Heat Source），將之注入體內，使其於特定細胞中聚集，再藉由外加 磁場作用使磁性奈米粒子溫度升高，導致腫瘤細胞凋亡（apoptosis）；

另開發出具有高加熱速率及可調控溫度之鋅化鎂亞鐵奈米粒子（MgZn

Ferrite Particle），在周遭環境溫度達一特定溫度時即會停止加熱，將可 簡化熱治療所需儀器設備，並降低造成正常組織受損害的風險。