近几十年来,纳米技术发展迅速,在AD的早期诊断和个体化治疗中具有潜在应用前景。纳米技术可在纳米级别(即十亿分之一米)对纳米材料进行控制或操纵,以实现其独特的功能特性。由于纳米材料表面原子和(或)分子的排列和间距不同,其性质与相应宏观尺度上的同等材料有明显差异。纳米材料在AD生物标志物的研究和早期诊断等方面具有潜力和优势,改进和修饰后的纳米材料可以通过分子间的相互作用靶向受损细胞或组织;同时,表面携带功能化配体的纳米材料可以穿透血-脑屏障(bloodbrainbarrier, BBB),并有更长的生物半衰期等。
一、基于纳米技术的Aβ靶向检测
Aβ聚集沉积被认为是AD早期病理生理改变的关键因素,目前,Aβ已成为AD早期诊断的重要靶点。基于纳米技术的Aβ靶向检测的研究主要集中于脑脊液或生理溶液(如血浆、缓冲盐溶液、生理盐水等)中Aβ的体外检测以及靶向Aβ斑块的在体神经成像(表5-8-1),在AD早期诊断中具有良好的应用前景。
注: BBB:血-脑屏障。Au:金。NPs:纳米粒。LIP:脂质。Aβ:amyloid-β。SPR:表面等离子共振。PBCA:聚正丁基-2-氰基丙烯酸酯。125I-CQ:125I-氯喹诺酮。APP:β淀粉样前体蛋白基因。PS1:早老素1基因。USPIONPs:超小超顺磁性氧化铁纳米粒。MRI:磁共振成像。Gd-DTPA:钆-二乙胺乙酸。μMRI:磁共振显微成像。MION:单晶硅氧化物纳米粒。PA-LIPNPs:磷脂酸-脂质纳米粒。RI7217:一种抗转铁蛋白受体抗体。PEG:聚乙二醇。PLA:多聚乳酸。QSH:QSHYRHISPAQVC。TGN:TGNYKALHPHNGC。MZF:Mn0.6Zn0.4Fe2O4。PiB:匹兹堡化合物B。SLCOOH:卡巴唑型氰基近红外荧光探针。NIRI:近红外荧光成像
在各种高灵敏度的脑脊液Aβ检测技术中,Georganopoulou等建立了一种基于金纳米粒(goldnanoparticles, AuNPs)的生物条码测试方法,该方法具有高灵敏度和高效性。通过对30例AD患者脑脊液内Aβ来源的扩散性配体(即潜在可溶性AD致病标志物)的浓度检测,证实该方法的检验精度可高达0.1mol/L。Elbassal等利用AuNPs的表面等离子体共振(surfaceplasmaresonance, SPR)吸收带强度对Aβ40和Aβ40突变体低聚物的高度敏感性特点,用于检测Aβ纤维体和低聚物。结果显示,通过探测AuNPs的SPR吸收带强度和SPR强度改变,可半定量检测Aβ40水平并监测Aβ40突变体形成Aβ低聚物的动力学变化,为早期探测Aβ40自组装和纤维聚集体的生成提供可能。同时,利用不同分子,如Aβ结合肽或Aβ的高亲和化合物对NPs表面进行修饰,对实现早期AD检测、疾病进展监测和AD治疗效果评价等具有重要意义。近年来,大量研究使用各种Aβ靶向分子,包括磷脂酸和心磷脂(在缓冲盐溶液中对Aβ1~42纤维聚集体的检测精度达22~60nmol/L)、姜黄素(在血浆中对Aβ1~42纤维聚集体的检测精度达1~5nmol/L)、Aβ单克隆抗体(在缓冲盐溶液中对Aβ1~42纤维聚集体的检测精度达500pmol/L)等对NPs进行表面修饰,提高其对Aβ的亲和力和检测灵敏度。
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