胃肠道肿瘤的应用纳米材料:一个回顾
拉胡尔Kanaoujiya
Dipiti Porwal和- 合成无机和有机金属实验室、化学系、Prayagraj,印度阿拉哈巴德大学
纳米技术是新兴和发展研究领域的各种疾病的诊断和治疗。随着纳米技术的发展,不同的纳米粒子用于治疗癌症的由于其独特的光学特性,良好的生物相容性,表面效应,小尺寸效应。纳米粒子的粒子有特定的大小从1到100海里。这些纳米粒子是零维、一维、二维、三维等。在当前场景中各种各样的研究都集中在医药应用程序的定制合成纳米颗粒可用于癌症治疗基于形态、组成、与靶细胞的交互。胃肠道(GI)肿瘤被发现死亡的癌症类型的重现率最高。胃肠道癌症的诊断和治疗是很有挑战的事情因为它深位置和复杂的手术。纳米技术提供了立即快速诊断和治疗胃肠道疾病。各种各样的纳米材料用于胃肠道疾病的诊断和治疗。纳米粒子目标直接向肿瘤细胞诊断和治疗工具促进肿瘤细胞的识别和清除。开发大量的纳米粒子使用的量子点(量子点),碳纳米管(碳纳米管),金属纳米粒子(基于),树枝状分子等。本综述概述最有前途的纳米材料用于胃肠道疾病的诊断和治疗。 This review attempts to incorporate numerous uses for the most current nanomaterials, which have great potential for treating gastrointestinal diseases.
介绍
一个跨学科的研究领域,集化学、工程学、生物学和医学是纳米技术(1- - - - - -3)。有一些有益的纳米应用在癌症生物学,包括工具,用于肿瘤的早期识别和癌症生物标志物和治疗策略的创建与传统工具是不可能的。2020年在中国十大新癌症病例将肺癌、结肠癌、胃癌、乳腺癌、肝癌、食道癌、甲状腺、胰腺、前列腺癌、宫颈癌,根据最近发布的“2020全球癌症报告”世界卫生组织的国际癌症研究机构(IARC) (4)。大多数情况下是胃肠道恶性肿瘤,与人密切相关消费高糖、低纤维饮食,久坐不动的,肥胖,喝酒和抽烟(5,6)。检查胃肠道恶性肿瘤的治疗和诊断是至关重要的为了降低疾病的发病率和死亡率以及提高病人生存率(7- - - - - -9)。在癌症研究中使用纳米技术给科学界乐观创建革命的癌症治疗技术(10)。重大努力开发新颖的诊断和治疗方法对提高病人的生活质量和延长生存,因为胃肠道癌症占超过55%的癌症相关死亡(11,12)。许多学科包括化学、工程学、生物学和医学关注纳米技术。几种类型的纳米材料用于癌症治疗(13,14)如所示图1。(一)量子点,(B)石墨烯,(C)金纳米粒子,(D)聚合物胶束,(E)脂质体,(F)二氧化硅纳米颗粒(G)磁性纳米颗粒、碳纳米管(H),(我)polymerdrug轭合物,和(J)聚合物纳米颗粒。
图1。几种纳米材料的图解表示用于癌症治疗。(一个量子点,B石墨烯,C金纳米粒子,D聚合物胶束,E)脂质体,(F硅纳米颗粒,G磁性纳米颗粒,H)碳纳米管(我)polymerdrug轭合物,(J聚合物纳米颗粒。从(复制59)。版权2021年药物(MDPI)。
胃肠道癌症是全世界癌症死亡的主要原因之一。2017年超过864到989名患者死于癌症和数量每年都在增加。它出现由于困难在胃肠道肿瘤的诊断和治疗。胃肠道癌症最严重类型的癌症和生存的最低水平。重要的是开发高精度的早期诊断和有效治疗。目前纳米技术正受到人们的关注在通用的工程科学和医学领域。由于高纵横比和小尺寸纳米材料的性质比大部分prominating材料。纳米粒子具有生物相容性和在therapeuticand诊断提供潜在的应用。纳米粒子作为显像剂,药物传输代理。
高生物相容性和可编程性的纳米颗粒(NP)的技术前景的治疗和诊断应用程序,尤其是癌症。NPs有效地用于各种各样的应用程序,包括显像剂,光照疗法,识别和药物和基因传递。NPs得益于高组织相容性和适应性强的属性。纳米的胃肠道是一个理想的目标应用程序,因为它可以修改NPs的特点通过pH值的变化,压力,和细菌内容(15,16)。胃肠道的上部和底部部分使创建一个肌管,长约9米。口腔、咽、食管、胃、第一部分小肠上消化道,而其余的部分小肠和大肠是下消化道中找到。食物消化、营养吸收,产品和废物排泄是胃肠道的三个主要任务。相当部分的全球癌症病例和胃肠道相关。在一起,各种胃肠道癌症占所有恶性肿瘤的40%,全球诊断(18,19)。使用纳米颗粒在治疗癌症的研究进展综述,因为他们成为尖端的形态。科学家们的目标是能够扩大对已经开发的同时解决已经发现问题和缺陷。
最近的事态发展在胃肠治疗的概述
第二、第三和第四癌症的最常见类型的癌症死亡率以及第三、第四、第五最常见类型的癌症的发病率都认为是大类癌症亚型的一部分被称为胃肠道恶性肿瘤(20.,21)。胃肠道恶性肿瘤约占全球30%的癌症,癌症相关死亡的约占35%。治疗的形式交付和毒性的潜在水平这些可能产生两个治疗癌症的最大挑战22,23)。因为病人必须住院期间长时间的治疗,静脉化疗是不仅对病人不舒服还贵。纳米材料的独特的特征让他们正常的胃肠道环境具有挑战性。药物的相互作用可以影响胃肠道的大小、形状和表面功能化的NPs (24)。另一个关键组件是生物分子和nanodevices之间的特异性相互作用。减少非特异性相互作用和消除粘膜或胃肠道细胞的影响,NPs可以与亲水聚合物涂层。正在研究的各种nanodevices胃肠道癌症所示表1。促进纳米材料在药物控制释放等癌症治疗,药物承载能力高,容易运输跨越组织屏障,增强渗透性保留效果,活跃的肿瘤定位和检测(25,26)和减少副作用健康组织所示图2。
图2。在癌症治疗系统表征纳米材料的优势。从(复制59)。版权2021年药物(MDPI)。
表1。纳米粒子的图解表示目前胃肠道癌症而接受调查。
量子点(量子点)
量子点半导体纳米粒子有一个无机元素在其核心和一个金属壳。他们是一个类型的纳米晶体。量子点具有尺寸2 - 10 nm (27,28)。成为有吸引力的属性多光谱的可调性,伟大的敏感性,不需要激光。他们也有稳定的荧光与简单的激励。遗传分析量子点有可能由于“红色/红外色调。如果注入构成危险的风险,可能有量子点使用的另一个问题在活的有机体内。
虽然改变了减少潜在的毒性,还需要更多的研究来确定适当的临床适用性。由于他们的特殊性质,如改善渗透率和保留高显像剂效应和纳米载体功能能力,成为被认为是最好的癌症靶向和成像技术(29日,30.)。化学免疫领域的他,被频繁应用于恶性肿瘤的诊断,使用多色QD探测器正在研究越来越多。作为一个可信赖的疾病进展和治疗反应的指标,QDs-based多路复用生物标志物检测获得了很多利益。通过分析肿瘤基质的主要元素,量子点包括肿瘤浸润的巨噬细胞,结合各种生物标记也可以用于同时检测预言者预测医疗结果在胃癌(31日,32)。
树枝状分子
树枝状分子是人工复杂纳米结构分支,同心层环绕一个内核。一个树形分子可以有它的大小,分支长度,形状和表面功能改变为各种各样的目的。树枝状分子大小,范围从1到10 nm (44,45)。各种蛋白质,现在承认个人ELISA测试正在使用树枝状分子检测,这被证明是非常有效的。此外,聚合物纳米粒子已经开发出来,可以用一个探测器用于成像MRI和近红外荧光模式。树枝状分子作为病毒性交付向量的开发使用了他们优良的渗透性增加的和独特的特征。树枝状分子是一种很有前途的载体靶向抗肿瘤基因的癌症治疗,因为他们能够成功肿瘤坏死因子基因转移到大肠癌细胞腺癌预防大肠癌的生长没有明显损害动物(46,47)。non-receptor酪氨酸激酶蛋白家族中的一员叫证监会过表达和激活多种人类癌症细胞和EGFR-dependent下游基因。PAMAM树枝状分子包裹着证监会反义显著降低证监会(48)。
胃癌
治疗和诊断的胃癌,纳米医学已经证明了它的实用性和潜力。由于胃癌患病率较高不仅在美国,而且在全球范围内,这是至关重要的。根据研究,每年有738000人死于胃癌,占所有新癌症病例的8% (49,50)。许多对胃癌的研究正在进行,尽管许多治疗人们尚未获得批准临床使用。使用荧光磁性纳米颗粒是一个引人注目的例子如何有用的纳米粒子可以在治疗胃癌。成像和化学药剂的诊断方法的局限性已被大量研究解决纳米粒子。
金纳米结构是一种有效的结构对癌症光热光谱分析治疗,因为他们很容易做。然而,单独光照疗法相比,综合了几个模式已被证明是更有效地治疗癌症(51)。大量的模式已经被证明是更有效的比光照疗法治疗癌症,虽然。另一个策略治疗胆囊癌症最近建立了包括使用纳米粒子耦合对肿瘤化疗和局部位置使用磁场(52)。磁线插入到肿瘤组织,这使得纳米粒子是专门针对肿瘤站点。这是肿瘤细胞和细胞龛之间发现剂量反应关系大小减少发生(53)。
目前,国民生产总值在胃肠道恶性肿瘤的管理是至关重要的。与以往相比,癌症治疗,光照疗法可以针对肿瘤组织加热,同时保留健康组织(54,55)。电浆纳米粒子提供肿瘤细胞或组织接触近红外辐射后,吸收光转化为热,对邻近的病变组织造成不可弥补的损害。许多不同的纳米粒子用于PTT但特别是国民生产总值可以被动地积聚在肿瘤组织(56)。国民生产总值的关键作用的诊断胃肠道癌症所示表2。
表2。表所示的国民生产总值在胃肠道癌症的诊断至关重要的角色。
氧化铁纳米颗粒
由于极端条件下任何药物运载工具必须忍受之前释放它的药理有效载荷,药物递送到胃肠道(GI)是非常困难的。知道胶囊就是当管理外部刺激是至关重要的因为高效靶向药物输送系统经常依靠外部的刺激导致释放。我们提供胃肠道药物交付方法基于典型涂层明胶胶囊与模型eicosane-superparamagnetic氧化铁纳米复合涂料(60)。这种涂层作为一个随需应变的释放机制来激活利用磁高热热和熔化涂层。氧化铁纳米粒子在生物医学(IONPs)有几个使用,尤其是在bioimaging。
碳纳米管
单壁碳纳米管(SWCNTs)有一个广泛的工业和商业应用,这大大增加了他们的生产。SWCNTs可能通过生产废水和浸出进入这些系统由于水生栖息地经常作为下沉点和面源污染物。描述SWCNTs的潜在影响水生栖息地因此变得越来越重要。碳纳米管是2 d纳米材料具有高强度,导电性。这些特性使其适用于诊断癌症细胞,也是药物投递代理。进一步functionlised单一围墙和微碳纳米管作为高分辨率对比剂(61年)。SWCNTs都大小和带隙较小所以更适合诊断和治疗的目的。与钆SWCNTs functionilised高分辨率和渗透。SWCNTs一般不明显危害鱼类,根据研究调查这个问题。口腔暴露在强饲法和饮食并没有引起太大的反应,尽管有一些证据表明水性接触这些化合物可能会引起呼吸道压力。然而,这些物质检测和量化的挑战在活的有机体内一直是最大的障碍之一彻底毒性评估,包括吸收、分布、和亚致死的SWCNTs的毒性。
Nanoshells
Nanoshells的复合金属外壳和nanoconductive内核。他们改变等离子体共振通过改变金属外壳和非金属核心的大小。Nanoshells增强传统的成像对比剂的潜在肿瘤具有较高灵敏度和分辨率。光谱和癌症研究Nanoshells至关重要(62年)。一步、两步技术用于制造nanoshells都非常简单。硅nanoshells是最常见的类型采用分子领域的封装,而金属nanoshells用于癌症治疗。不同的配体包括有机化合物、聚合物和表面活性剂,稳定纳米粒子。核壳粒子纳米粒子有壳保护其表面除了他们的核心,也有自己的特色。根据其预期的应用程序,这个外壳可能是由金属或氧化物。随着稳定胶体分散体系,这种涂层还支持定制和改变粒子的物理特性,包括光学、磁性和催化特性。极端条件下显示oxide-protected纳米粒子更稳定的(63年)。
结论
通过大量的科学文献,癌症是一种快速发展的疾病,构成了挑战现有的靶向药物治疗。这意味着即使创建了技术可靠地生产这些纳米粒子给治疗治疗,癌症可能在未来显示阻力。设计诊断和治疗仪器和设备、纳米结构和纳米技术产品正在积极开发。纳米颗粒可以修改显示独特的属性在细胞,原子,分子水平。它们的大小范围从1到100海里。连续变化所带来的快速突破和进步。概述现有的纳米技术对胃肠道癌症的检测和管理在本文中给出。我们提供的摘要的使用纳米技术在胃肠道癌症诊断和治疗。高特异性和敏感性的设备使其生物相容性及其无害的。还有研究要做,以及未来的研究机会。 Nanomaterials have a very promising future and appeal to every branch of contemporary research. The main categories of NPs that could be used in gastroenterology have been outlined in this review. A fast growing field of study is the use of nanotechnology in medicine. It looks very possible that nanotechnology will soon play a significant part in diagnosing and treating gastroenterological problems.
数据可用性声明
最初的贡献都包含在本文的研究中,提出进一步调查可以针对相应的作者。
作者的贡献
RK:概念化和监督。DP:审查和编辑。SS:草稿准备和可视化。所有作者的文章和批准提交的版本。
确认
我们表达我们的诚挚的感谢头和院长,化学系,中央大学的阿拉哈巴德,Prayagraj,提供实验室设施。
的利益冲突
审稿人AKB宣布共享与作者联系,处理编辑器时审查。作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
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关键词:胃癌、肠胃、纳米技术、量子点,树枝状分子,氧化铁纳米粒子,碳纳米管,nanoshells
引用:Kanaoujiya R, Porwal D和斯利瓦斯塔瓦年代(2022)对胃肠肿瘤纳米材料的应用:一个回顾。前面。地中海,抛光工艺。4:997123。doi: 10.3389 / fmedt.2022.997123
收到:2022年7月18日;接受:2022年8月15日;
发表:2022年9月1日。
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维维克•k•查图尔维迪贝拿勒斯印度教大学印度©2022 Kanaoujiya Porwal,斯利瓦斯塔瓦。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。
*通信:拉胡尔Kanaoujiyarahul.k@allduniv.ac.in
专业:本文提交的纳米药物输送,部分的医疗技术前沿》杂志上雷竞技rebat
缩写SWCNTs,单壁碳纳米管;碳纳米管,碳纳米管;癌症研究机构,国际癌症研究机构;量子点、量子点;基于金属纳米粒子;胃肠道、肠胃;国民生产总值,金纳米粒子;ELISA酶联免疫测定;IONPs、铁氧化物纳米颗粒。