20世紀60年代，蕾·伊姆斯和查爾斯·伊姆斯製作了傳奇短片
《十的力量》
。
開場畫面展現了從上空拍攝的1米見方範圍，一名男子與一名女子正在芝加哥附近的某處，坐在毯子上享用著他們的野餐。
10秒之後，視角開始從毯子遠離，其速度是每10秒就遠離10 倍：從野餐地毯，到伯納姆公園，到整個芝加哥城市面貌，再然後是整個地球。
紀錄片《十的力量》
在短片的第二部分，鏡頭又重新回到野餐毯上的男士，開始向下展現十的負向力量，從10釐米開始，也就是男士的手背。隨後，視角穿透他手上的面板，聚焦到所有分層結構中最複雜的部分——從生物學上說就是他的細胞，然後是亞細胞結構，最後是他的DNA。
不過，我們不會就此停下。短片繼續拉近鏡頭：到DNA中的其中一個碳原子，再到原子核，最後是質子中振動的夸克。
紀錄片《十的力量》
儘管是人類難以想象也無法用肉眼直接看到的微毫，
奈米
卻已經在無形中為人類的生活提供更多可能。比如
奈米醫療
。
《奈米與生命》
【西】索尼婭·孔特拉 著
孫亞飛 譯
中信出版社鸚鵡螺，2021年10月
即便一種藥物是有效的，想要把它送到正確的位置，也非常困難。
事實上，隨便一種藥物的大多數副作用，都是因為藥物擴散到身體中那些並不需要它們的位置。就以胰島素為例，這是一種幫助身體控制血液中葡萄糖數量的激素。糖尿病患者不能產生足夠的胰島素（1 型糖尿病），或者他們的細胞變得對胰島素免疫（2 型糖尿病）。
對於這兩種病症，通常的治療策略是監控血糖水平；通常的治療方案是給予胰島素。儘管醫藥公司非常努力，生產出一種有效的口服胰島素製劑卻非常困難，因為腸壁是非常難以穿過的障礙；因此令人痛苦的是，仍然只能透過注射的方式攝入胰島素，但大多數藥劑並不能抵達肝臟，這就意味著病人在用胰島素治療時會產生很多副反應。
注射胰島素依然是治療糖尿病的主要手段
圖源：pixabay
另一個案例是癌症化療。我們大多數人都與某個曾經經歷過化療劇烈折磨的人相熟。這種療法如此慘無人道，其原因是為了清除癌細胞，藥物就必須以有效的濃度抵達這些癌細胞處。
不幸的是，要想實現這一點，主要的方法是提高劑量，這就會帶來一些副作用，從而導致這種治療方法變得如此恐怖：疼痛、腹瀉、嘔吐、血液病、神經系統受損、器官受損、不孕不育、認知功能障礙、頭髮掉落等。
藥物輸送是我們這個時代面臨的主要挑戰。
幸運的是，這個問題已經進入多學科方法的視野，而這一方法正在重塑著生物醫學研究。特別值得一提的是，具有定製化物理與化學特性的奈米結構材料，正在被研究作為選擇性與到達目標等問題的巧妙解決方案。
原則上來說，一個很小的奈米顆粒具有足夠的空間，以植入那些在更小的分子上無法實現的特性。比如說，
奈米結構具有瞄準不止一個受體的潛力，這樣就可以延續其在血液中有效的時間，並且/ 或者克服物理屏障（比如腸壁阻隔或血腦屏障）。
有一個相當有趣的發現：
奈米顆粒似乎會在腫瘤組織中聚集，其程度遠遠高於它們在正常組織中聚集的程度。
1986 年， 這一發現在日本被報道，現在這或許已經成為奈米醫學領域中被引用最多的文獻。
這就是傳奇的
“高通透性和滯留效應”
，簡寫為EPR效應。為了生長，腫瘤會在其周圍形成血管網路（這一過程被稱為“血管生成”）；然而，腫瘤血管一般都是不正常的。它們血管壁的細胞並沒有很好地排列，並且有一些小的缺陷與孔洞，由此奈米顆粒可以從血管壁流出（滲出）並在腫瘤組織中聚集。
EPR效應示意圖，藍色點代表奈米藥物，穿過血管壁進入腫瘤內部
圖源：
https：//www。bilibili。com/video/BV1xg4y1q7jZ/？spm_id_from=333。788。videocard。0
利用EPR效應以及其他一些更復雜的策略製造出奈米顆粒， 然後選擇性地探測並摧毀癌症細胞，這一可行性已經讓研究者開發出無數種奈米顆粒（一般是由脂質分子、聚合物或金屬衍生而來），其中設計了特定的尺寸、形狀以及表面的化學與物理屬性，並編入了具有極度豐富生物與醫學功能的程式。
奈米顆粒可以裝載藥物，以實現治療性化合物更有針對性、更集中的輸送。如果使用的是生物可降解顆粒，那麼它們還能長時間保持緩釋活性。
藥物的奈米載體。被動組織靶向是透過增強腫瘤血管的滲透性（EPR效應）使奈米顆粒外滲實現的。主動細胞靶向的實現，則是透過配體對奈米顆粒表面進行功能化修飾以增強特定細胞識別與結合。奈米顆粒可以在非常接近靶向細胞時釋放它們的內容物；也可以與細胞膜結合，成為細胞外的緩釋藥物庫；或者內化到細胞中
奈米顆粒可以表現為診斷與治療的藥物結合體，這就屬於現在所說的診斷治療學。分子組裝技術也可以被用於組裝多功能的奈米系統，比如具備瞄準腫瘤並促進其從身體中被清除的功能的系統。
已經被開發出的一整套藥物輸送系統。這一系統很典型，它包含了：一個奈米載體（奈米顆粒、奈米外殼、樹狀高分子、脂質體、奈米管等），一個結合在奈米載體上的靶向分子，以及一個被載體（比如化療藥物）
很多研究已經證明，奈米顆粒可以在體外（在實驗室的細胞培養皿中）檢測出癌細胞並將其殺滅，在體內以及小鼠模型中也是如此。然而，已被轉化為臨床應用的這類奈米顆粒很少，儘管在全世界範圍內，對於這種能夠摧毀腫瘤的“神奇子彈”，已有大量學術性工作以及初創企業的熱捧。
2016 年，《自然綜述：材料》出現了一篇很有爭議的文章，其中研究了所有可被獲取的文獻，試著去理解為什麼所有這些研究與期望都沒有能夠轉化成醫藥方面的應用。
問題似乎出在大多數情況下奈米顆粒都不能抵達一個真正的腫瘤。
注射後的奈米顆粒，大部分都在肝臟、脾臟和腎臟被終結了；身體正在履行著它的職責——這些器官所扮演的正是從血液中清除那些外來的物質與毒素的角色。這表明，研究人員或許不得不利用奈米顆粒控制這些器官的相互作用。
可以確信的是，要抵達每一個器官或組織，需要最佳的顆粒表面活性、尺寸或形狀。一種可能的策略是
透過改變奈米顆粒的表面或其他特性，使其能夠在身體中對各種情況做出動態響應
，就像自然界的蛋白質所做的那樣。這也許可以避免它們被肝臟過濾出來。
靶向藥物
當然，最終還是需要更多有關藥物輸送的生物學與物理學知識才能破解這一難題，而不僅僅是改變奈米顆粒本身的特性。
奈米藥物失敗的地方，不過是那些更傳統的治療方法同樣失敗的地方。
為了嘗試更快地進步，奈米醫學的研究人員正在縱覽身體中奈米顆粒與蛋白質的表面所表現出的實際物理與化學特性。或許為了實現目標，科學界需要集中力量，基於有關藥物輸送問題更廣闊也更承前啟後的觀點，協調配合執行一個長期策略。
如今，我們不能控制奈米顆粒在體內的傳輸，這顯示出應用奈米技術診斷並治療癌症的主要侷限。當然不只是癌症，也有糖尿病、心血管病或其他任何奈米技術被寄予厚望並投入大量預算的疾病。
為了取得更大的突破，對於奈米顆粒與身體器官和組織之間的多尺度相互作用，研究人員還需要理解比今天多得多的知識。
前沿科學就是那麼性感！想了解奈米的更多知識嗎？來看看《奈米與生命》這本書吧！
福利來啦
END
蝌蚪五線譜原創文章/轉載註明來源
責編/心與紙
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