医用纳米机器的研究进程

美国Ohio州大学生物工程中心内科学和机械学工程教授Ferrari制作了纳米级的硅容器，这个容器可以携带健康的细胞，可以用它来替换丧失功能的细胞。例如，糖尿病患者的胰岛细胞丧失了功能，人们可将携带正常胰岛细胞的硅容器植入患者皮下，从而取代失去功能的胰岛细胞。这种方法，尤其对于由某种酶或激素缺陷而引起的疾病是非常有现实意义的。然而，值得注意的是，机体会对外来的新细胞产生强大的免疫反应，从而使这种提供新细胞的方法最终以失败而告终。Ferrari提出了一个以纳米技术方法来蒙骗免疫系统的设想。在生理情况下，当免疫系统看到外来物时，它迅速派遣抗体去攻击它，如果在此时，应用一个人工的屏障去阻挡免疫系统，就不能发现移植进来的细胞。Ferrari制作的硅容器，它的孔径小到足以阻挡抗体分子，以达到可以允许有用的分子进出的目的。

在美国的Cornell大学，Montemagno正在研制可在人体细胞内进行工作的机械装置——“发动机”、“油泵”等所谓化学制造工厂所需要的精密到纳米尺度的仪器。当这些微型的纳米发动机在细胞内启动时，可使得搅拌器释放出微量的药物，进而由“泵”系统将药物直接送到靶细胞。将发动机放入人体细胞，是一个大胆而令人鼓舞的设想。例如某些细菌利用自己鞭毛的推动而前进，这些鞭毛实际上就是细菌自身的发动机。如果将其鞭毛拆开，将会看到这是由6个蛋白分子组成的环形结构，每个蛋白都是1个ATP酶，ATP酶是一个为细胞提供能源和燃料的装置，在ATP酶的作用下，细胞内的ATP将转化成ADP。生物学家了解到，当细菌的鞭毛移动时，即发动机工作时，由6个分子组成的ATP酶即开始一个接一个的转动，而将ATP一个接一个的转化成ADP，细菌从而获得能量，以至于可任意移动。实际上这种反应是如何工作的，生物学家们也知之甚少。Cornell大学研究人员做了一个有趣的试验，他们将光学合成的集光器与生物发动机连接在一起，制造了由太阳能操作的纳米机器，即光能制造ATP，然后ATP释放能量到纳米发动机上，由此而完成了无须外来能源来制造自动纳米仪器的第一步。目前科学家们正在为制造细胞内的纳米发动机而努力，Montemagno深信，微型化工厂终将有一天会在活细胞内诞生。这些纳米工厂将会被植入不同的靶细胞内，如肿瘤细胞，这样纳米工厂将在肿瘤细胞内合成释放化学治疗剂，而这种特异的定位和局部释放会减少药物对其他组织的毒性，从而发挥有效的治疗效果。