초미시적 구조 관점에서 보면 고분자 나노생체재료에는 고분자 나노입자, 나노캡슐, 나노마이셀, 나노섬유, 나노기공 구조의 생체재료 등이 포함된다. 다음은 고분자 나노입자와 그 응용에 대해 간략하게 소개합니다.
고분자 나노입자, 즉 고분자 나노구체는 1~1000 nm 범위의 입자 크기를 가지며 마이크로에멀젼 중합 등 다양한 방법을 통해 얻을 수 있다. 이러한 종류의 입자는 비표면적이 크고 일반 물질에는 없는 몇 가지 새로운 특성과 기능을 가지고 있습니다.
현재 나노폴리머 소재의 적용에는 면역 분석, 약물 제어 방출 전달체, 중재적 진단 및 치료 등 다양한 측면이 포함되어 있습니다. 면역분석법은 이제 일상적인 분석 방법으로 사용되고 있으며 단백질, 항원, 항체, 심지어 전체 세포의 정량 분석에 큰 역할을 합니다. 면역분석법은 마커에 따라 형광면역검사, 방사성면역검사, 효소결합검사로 나눌 수 있다. 분석대상에 해당하는 면역친화성 분자마커를 특정 담체에 양전하 결합 방식으로 고정화하고, 분석대상이 포함된 용액을 담체와 함께 배양한 후 현미경을 통해 분석대상의 자유 담체 양을 검출합니다. 정확하게 정량적으로 분석할 수 있습니다. 면역분석에서는 담체 물질의 선택이 중요합니다. 고분자 나노입자, 특히 친수성 표면을 가진 일부 입자는 비특이적 단백질에 대한 흡착 능력이 매우 작아 새로운 마커 운반체로 널리 사용되어 왔습니다.
고분자 나노입자는 약물 방출 제어에 중요한 응용 가치를 가지고 있습니다. 많은 연구 결과에 따르면 특정 약물은 특정 부분에서만 효과를 발휘할 수 있으며 동시에 소화액에 포함된 특정 생물학적 거대분자에 의해 쉽게 분해된다는 사실이 확인되었습니다. 따라서 이들 약물의 경구 투여 효능은 이상적이지 않습니다. 따라서 사람들은 약물을 보호하고 약물의 방출 속도를 제어하기 위해 특정 생분해성 고분자 물질을 사용합니다. 이러한 고분자 물질은 일반적으로 미소구체나 마이크로캡슐의 형태로 존재합니다. 약물이 운반된 후 약물의 효과가 거의 손상되지 않으며 약물의 방출을 효과적으로 제어하여 약물의 작용 시간을 연장할 수 있습니다. 약물 전달체로 사용되는 고분자 물질로는 주로 폴리락트산, 젖산-글리콜산 폴리머, 폴리아크릴레이트 등이 있습니다. 나노고분자 물질로 만들어진 약물 전달체와 다양한 약물은 친수성, 소수성 약물이든 생물학적 고분자 제제이든 다양한 약물을 담거나 코팅할 수 있으며 동시에 약물의 방출 속도를 효과적으로 제어할 수 있습니다.
예를 들어 센트럴 사우스 대학교(Central South University)는 자성 나노입자를 '나노 미사일'로 사용하여 질병이 있는 부위를 표적으로 삼는 약물을 사용하여 간암 치료에 대한 연구를 수행했습니다. 이 연구에는 자성 독소루비신과 알부민의 자기 타겟팅이 포함됩니다. 정상 간에서의 나노입자, 쥐에서의 분포 및 쥐의 이식된 간암에 대한 치료 효과. 결과는 자성 독소루비신 알부민 나노입자가 효율적인 자성 표적화를 갖고, 쥐의 이식된 간 종양에서 응집을 유의하게 증가시키며, 이식된 종양에 대해 우수한 치료 효과가 있음을 보여줍니다.
표적기술에 대한 연구는 주로 물리적, 화학적 지향성과 생물학적 지향성의 두 가지 수준에서 진행된다. 물리화학적 지도는 실제 적용에서 정확성이 부족하고, 정상 세포가 약물의 공격을 받지 않도록 보장하기 어렵습니다. 생물학적 지도는 더 높은 수준에서 표적 약물 전달 문제를 해결할 수 있습니다. 물리적 및 화학적 유도 시스템은 외부 환경(예: 외부 자기장)의 영향을 받아 종양 조직에 표적 약물 전달을 수행하기 위해 약물 전달체의 pH 민감도, 열 민감도, 자기 민감도 및 기타 특성을 사용합니다. 유기체 내 자성 나노운반체의 표적화는 외부 자기장을 사용하여 질병 부위의 자성 나노입자를 풍부하게 하고, 정상 조직에 대한 약물 노출을 줄이고, 독성 및 부작용을 감소시키며, 약물 효능을 향상시키는 것입니다. 자기 표적 나노의학 운반체는 주로 악성 종양, 심혈관 질환, 뇌혈전증, 관상 동맥 심장 질환, 폐기종 및 기타 질병의 치료에 사용됩니다. 생물학적 유도 시스템은 항체, 세포막 표면 수용체 또는 특정 유전자 단편의 특정 효과를 사용하여 리간드를 담체에 결합시키고 표적 세포 표면의 항원 인식자와 특이적으로 결합하여 약물이 세포에 정확하게 전달될 수 있도록 합니다. 종양. 약물(특히 항암제)의 표적 방출은 세망내피계(RES)에 의한 비선택적 제거 문제에 직면해 있습니다. 또한, 대부분의 약물은 소수성이므로 나노입자 운반체와 결합하면 침전될 수 있습니다. 폴리머 겔을 약물 운반체로 사용하면 이 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다. 겔은 수분함량이 높기 때문에 합성 시 크기가 나노 수준에 도달하면 암세포에 대한 투과성 및 체류 효과를 높이는 데 사용할 수 있습니다. 현재 실험실에서 많은 단백질과 효소 항체를 합성할 수 있지만, 더 좋고 더 구체적인 표적 물질은 아직 연구 개발되지 않았습니다.
또한 약물 전달체와 표적 물질의 조합에 대한 연구도 필요합니다.
이러한 유형의 기술이 안전하고 효과적으로 임상에 적용되기 위해서는 더 신뢰할 수 있는 나노운반체, 더 정확한 표적화 물질, 더 효과적인 치료제, 더 민감하고 편리한 센서 및 생체 내 등의 주요 문제가 여전히 필요합니다. 캐리어 작동 메커니즘의 동적 테스트 및 분해 방법은 여전히 연구되고 해결되어야 합니다.
DNA 나노기술(DNAnanotehnology)은 DNA의 물리적, 화학적 특성을 바탕으로 설계된 나노기술을 말하며 주로 분자의 조립에 사용된다. 염기의 단순성, 상보성 법칙의 불변성과 특이성, 유전 정보의 다양성, DNA 복제 과정에 반영되는 형태의 특이성 및 위상학적 타겟팅은 모두 나노기술이 요구하는 설계 원칙입니다. 이제 생물학적 거대분자를 사용하여 나노입자의 자가 조립이 가능해졌습니다. 직경 13nm의 금 나노입자 A 표면에 단일 가닥 DNA 단편이 연결되고, 금 나노입자 B 표면에 상보적 서열을 갖는 또 다른 단일 가닥 DNA 단편이 연결된다. A와 B를 혼합하면 DNA 혼성화 조건에서 A와 B가 자동으로 결합됩니다. DNA 이중 가닥의 보완적인 특성을 활용하여 나노입자의 자기 조립이 가능합니다. 자기 조립을 위해 생물학적 거대분자를 사용하면 상당한 이점이 있습니다. 즉, 고도로 특이적인 결합을 제공할 수 있습니다. 이는 복잡한 시스템의 자체 조립을 구성하는 데 필요합니다.
미국 보스턴대학교 생의학공학연구소 부카노프(Bukanov) 등이 개발한 PD-루프(PD-loop)(이중가닥 선형 DNA에 올리고센스 뉴클레오티드 서열이 복합적으로 삽입되어 있음)는 PCR 증폭 기술보다 효율성이 더 높으며, 불일치가 발생할 수 있는 PCR 제품과 달리 프라이머가 생물학적 활성 상태를 그대로 유지할 필요가 없으며 제품의 서열 특이성이 높다는 장점이 있습니다. PD 링의 탄생은 선형 DNA 올리고센스 혼성화 기술의 새로운 길을 열었고, 복잡한 DNA 혼합물에서 특별한 DNA 단편을 선택하고 분리하는 것이 가능해졌으며 DNA 나노기술에 적용될 수 있습니다.
유전자치료는 치료법에 있어 엄청난 발전이다. 플라스미드 DNA가 표적 세포에 삽입된 후 유전적 오류를 복구하거나 치료 인자(예: 폴리펩티드, 단백질, 항원 등)를 생성할 수 있습니다. 나노기술을 사용하면 DNA가 활성 표적화를 통해 세포에 위치할 수 있으며, 플라스미드 DNA를 50~200nm 크기로 응축하고 음전하를 운반하면 플라스미드 DNA가 세포핵에 효과적으로 삽입될 수 있는지 여부가 결정됩니다. 핵 DNA 정확한 위치는 나노입자의 크기와 구조에 따라 결정되는데, 이때 나노입자는 DNA 자체로 구성되어 있으나 물리적, 화학적 특성에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
리포좀(1iposome)은 시간 지향적 약물 전달체이자 표적 약물 전달 시스템의 새로운 제형입니다. 1960년대 영국인 Banfiham은 인지질이 물에 분산되어 내부 수상을 갖는 지질 이중층으로 구성된 폐쇄 소포를 형성한다는 사실을 처음으로 발견했습니다. 인지질은 물에 부유된 이분자 인지질 화합물에 의해 형성되었으며 유사한 생물학적 막 구조와 경로를 가졌습니다. 소포를 리포솜이라고 합니다. 1970년대 초 Y.E. Padlman 등은 생물막에 대한 연구를 바탕으로 박테리아와 특정 약물의 운반체로 리포솜을 처음으로 사용했습니다. 나노리포솜은 약물 운반체로서 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
(1) 인지질 이중층으로 캡슐화된 수성 소포로 구성되어 있으며 다양한 고체 미소구체 약물 운반체와 달리 리포솜은 탄력성이 높고 생체 적합성이 좋습니다.
(2) 함유된 약물에 대한 적응성이 넓습니다. 수용성 약물은 내부 수상에 적재되고, 지용성 약물은 지질막에 용해되며, 양친매성 약물은 지질막에 삽입될 수 있습니다. 지질막, 친수성 약물과 소수성 약물이 모두 동일한 리포솜에 포함될 수 있습니다.
(3) 인지질 자체는 세포막의 구성성분이므로 나노리포솜은 체내 주입 시 무독성이며, 생체이용률이 높고, 면역반응을 일으키지 않습니다.
(4) 함유된 약물이 체액에 의해 희석되거나 체내 효소에 의해 분해, 파괴되지 않도록 보호할 것.
나노입자는 인체 내 약물 전달을 더욱 편리하게 만들고, 특정 세포에 대한 선택성 또는 친화성을 지닌 다양한 리간드를 지질에 조립하는 등 리포솜의 표면을 변형할 수 있습니다. 표적 사냥의 목적.
간을 예로 들면, 나노입자-약물 복합체는 수동적 및 능동적 방법을 통해 표적 효과를 얻을 수 있으며, 복합체가 쿠퍼 세포에 의해 포집되어 흡수되면 약물이 간에 축적된 후 점차 분해되어 인간의 혈액으로 방출됩니다. 간에서의 약물 농도를 높이고 다른 장기에 대한 부작용을 감소시킵니다. 이는 나노입자의 크기가 100-150nm 정도로 작고 표면이 특수 코팅으로 덮여 있을 때 나타나는 수동적 표적화 효과입니다. 쿠퍼 세포의 식균 작용을 피할 수 있습니다. 연결된 단일 클론 항체 및 기타 물질이 간 실질 세포에 국한되어 활성 표적화 효과를 발휘합니다. 여러 겹의 나노입자로 포장된 스마트 약물은 암세포를 적극적으로 찾아 공격하거나 인체에 침투한 후 손상된 조직을 복구할 수 있다.
나노입자는 펩타이드 약물의 약동학적 매개변수를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 펩타이드 약물이 생물학적 장벽을 통과하도록 효과적으로 촉진할 수 있기 때문에 펩타이드 및 단백질 약물을 전달하는 운반체로서 고무적입니다. 나노입자 약물 전달 시스템은 펩타이드 및 단백질 약물 개발을 위한 도구로서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.
나노입자의 크기가 작고 자유표면이 많기 때문에 나노입자는 콜로이드 안정성이 높고 흡착 성능이 뛰어나며 흡착 평형에 빠르게 도달할 수 있으므로 고분자 나노입자를 흡착에 직접 사용할 수 있습니다. 생물학적 물질의 분리. 나노입자를 얇은 시트로 눌러 필터를 만드는데, 필터의 기공 크기가 나노미터 범위이기 때문에 제약 산업에서 혈청을 소독하는 데 사용할 수 있습니다(사람에게 질병을 일으키는 바이러스의 크기는 일반적으로 수십 나노미터입니다). 나노입자 표면에 카르복실기, 수산기, 술폰산, 아민기와 같은 그룹을 도입함으로써 정전기적 상호작용이나 수소결합을 이용하여 나노입자 및 단백질, 핵산과 같은 생물학적 거대분자와 상호작용하여 침전을 일으키고, 생물학적 거대분자를 분리하는 목적. 조건이 바뀌면 생물학적 거대분자는 나노입자로부터 탈착될 수 있고 생물학적 거대분자는 회수될 수 있다.
나노 폴리머 입자는 일부 어려운 질병의 중재적 진단과 치료에도 사용될 수 있습니다. 나노입자는 적혈구(6~9μm)보다 훨씬 작고 혈액 속에서 자유롭게 이동할 수 있기 때문에 인체에 무해한 다양한 나노입자를 주입해 병변을 탐지하고 치료할 수 있다. 보고에 따르면, 동물 실험 결과에 따르면 덱사메타손-유산-글리콜산 고분자를 담지한 나노입자를 동맥 투여를 통해 혈관에 전달하면 동맥 재협착증을 효과적으로 치료할 수 있는 것으로 나타났습니다. 관상동맥 재협착증을 효과적으로 예방할 수 있으며, 또한 항생제나 항암제가 함유된 나노폴리머를 동맥을 통해 체내로 전달하여 특정 장기의 임상 치료에 사용할 수 있습니다. 약물이 탑재된 나노구체는 비경구 또는 장내 주사를 위한 에멀젼으로 만들 수도 있고 피하 또는 근육 주사를 위한 백신으로 만들 수도 있습니다.