赵宇亮院士畅谈纳米药物、纳米医疗器械等纳米产业研究成果转化将如何改变我们的生活。

“饿死”肿瘤的纳米药物已走到临床前的阶段

纳米药物和传统药物有什么不同？这要先从纳米微粒的尺寸说起。1纳米是10的负9次方米。如果把直径为1纳米的小球放在乒乓球上，差不多就相当于把一个乒乓球放在了地球上。

同一种物质，微粒的尺寸不同，性能也大相径庭。比如黄金的熔点约为1064℃，但到了1至2纳米的尺度上，在室温下就会熔化。这就是纳米的尺寸效应。

这种尺寸效应如何体现在药物上？传统药物也可以被称为分子药物，药效基本是基于分子和分子之间的反应。而纳米药物可以被称为颗粒药物，是由分子聚集在一起形成的颗粒物，这个颗粒有一个表面，或者说外壳，可以在外壳里装上很多不同的药物。

把纳米颗粒作为治疗药物的载体，可以让它在人体内输送药物，像快递员一样“定点递送”。通过控制它的释放，人类可以更有针对性地治疗肿瘤、心脑血管疾病等复杂的疾病。说得形象一点，纳米技术能给许多传统大分子药物“加特效”。

哪些特效？首先，传统药物缺乏靶向性，本来只有病灶需要用药，但药物会跑到全身各处，带来了副作用，而纳米药物能比较精准地到达病灶，减少副作用。另一方面，很多不溶于水的传统药物能通过纳米颗粒改变其表面结构，变成水溶性的，增加人体的吸收度。有的药物大分子无法通过细胞膜，纳米颗粒可以作为运载工具，就像火车车厢一样开进细胞，把药物送进去。

这种“火车车厢”一般用什么材料制成？纳米颗粒有很多种材料，比如聚合物材料、多孔氧化硅材料、碳材料等。有科学家在探索用天然的生物膜作为材料，优势在于上面带有很多蛋白，可以起到生物识别的作用，让药物毒性更低、靶向性更强。

脂质体也是其中一种材料。今年诺贝尔奖授予mRNA技术，就是利用一种脂质分子把mRNA分子包裹起来，形成一个个纳米级别的颗粒，再递送进人体内，让mRNA在细胞内生效。

纳米药物能用于哪些疾病的治疗？目前针对肿瘤的治疗，开发了很多纳米药物及医疗器械。比如发病率较高的肺癌、肝癌，还有恶性程度高的胰腺癌等，都有纳米药物及医疗器械在开发。广东广纳安疗科技有限公司正在转化一种针对肝癌和其他富血供肿瘤的纳米介入医疗器械，这种器械能在不同温度下呈现不同的流动效果，能智能地流动到肿瘤的末梢血管，然后实现永久栓塞，达到“饿死”肿瘤的目的。这项技术目前已进入临床研究阶段。

大脑退行性疾病也是纳米药物研发的重点，如阿尔茨海默病、脑间质肿瘤、帕金森病等，治疗的关键是药物要穿过血脑屏障，一般的大分子过不去，而纳米递送能起到穿透作用。再就是各种慢性疾病、罕见病，也是重要的研发方向。

自组装纳米机器人进行疾病治疗及自我修复

人类无法治愈的疾病，通过纳米技术有了新希望？是的。比如肿瘤疫苗，其原理是将肿瘤相关蛋白或者基因等导入患者体内，激活自身免疫系统，诱导机体细胞免疫和体液免疫应答，从而控制或清除肿瘤。

对肿瘤疫苗的研发进行了很多年，大家觉得成功的可能性很小了，但随着这几年纳米递送技术的发展，可能性重新出现，研究领域再度火热了起来。

纳米技术启发了新的领域，谁先取得突破，谁就能获得全球市场，因此很多科研机构、企业等都在大力布局。近几年，疫苗的递送系统，疫苗的纳米佐剂，全球研发都很热，对未来的新型传染病、新型病原体的快速的疫苗研发能起到作用。

除了对传统药物的改良，有没有更前沿的研究？未来，纳米机器人可能进入人体，给我们治病。纳米机器人是能对纳米空间进行操作的“功能分子器件”集合形成的系统，带有一定功能，能根据环境变化或外部刺激，调节自身的行为和状态，实现运动、释放、变形和信号转导等。

纳米机器人长什么样子？和通常的机器人形象有很大差别。一根纳米棒、纳米管，就可以是一个纳米机器人，它既可以“送药”，自己也可能是“外科医生”。未来，人们有望利用自组装纳米机器人直达病灶，进行疾病治疗以及自我修复，比如消除体内的肿瘤细胞，进行微创手术等。

纳米机器人如何进入体内，又如何出来？我们制造的最小机器人大概只有细胞的1/50大小，直接注射进血管就可以。完成治疗后，其可直接在人体内降解，不需要经过肝脏代谢，毒副作用比较低。

可以想象，纳米机器人有可能减少甚至替代现有的开颅手术、开胸手术或其他大型手术，甚至有可能让人类外科手术消失。

场景离我们还有多远？近十来年，纳米医疗技术发展很快。2018年，国家纳米科学中心与美国亚利桑那州立大学合作，就实现了纳米机器人在小鼠和猪的血管内稳定工作，并高效实现定点药物输运功能。

科学家基于DNA纳米技术构建了自动化DNA机器人，在机器人内装载了凝血蛋白酶——凝血酶。这个纳米机器人能精确靶向定位肿瘤血管内皮细胞，在肿瘤位点释放凝血酶，激活其凝血功能，诱导肿瘤血管栓塞和肿瘤组织坏死。

如今，这种创新方法的治疗效果在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌及原发肺癌等多种肿瘤中都得到了验证。纳米医疗离我们已经不远了。

除了无创，纳米机器人还有什么优点？每个人的基因序列不一样，患病后有个体差异，但目前大多数药物都是非个性化的。我们可以设计出带有DNA单链序列“零件”的机器人，这个DNA序列是对特定患者进行基因测序后设计出来的。纳米机器人可以通过特异性识别，为患者进行个性化的、基因水平的治疗，比如将药物送达特定位置，针对特定肿瘤细胞产生作用。

纳米机器人的安全性如何？曾经，“纳米鞋垫”“纳米能量杯”等五花八门的产品广告相当火热，但它们和纳米技术毫无关系，导致很多消费者认为纳米技术是骗局，产生不必要的忧虑。但我认为，随着纳米技术的发展，“碰瓷”这个名字的会越来越少。

如今，纳米技术已和信息技术、生物技术并列，成为当今世界科技发展的三大重要支柱之一，大家都在研究如何安全地使用纳米材料，造福人类生命健康。研究人员倾向于使用生物体的内源性材料来制作纳米机器人，这样它们就可以被人体分解掉，不会产生太大的负面效应。但目前相关的知识积累和技术积累还不够丰富，仍有许多未知问题需要研究。

如何与纳米科技结缘？20多年前，我在国外从事核化学研究工作，我们团队一起发现了113号新元素Nh（鉨），成为元素周期表中亚洲人发现的唯一元素。

发现新元素，可以说已经走到核化学领域的顶峰，我就想去挑战一个全新领域。回国后，我发现在世界范围内很少有人研究人工合成纳米材料的生物学性质，尤其是进入生物体内的行为和效应。我觉得这个方向具有重大科学价值，于是马上从核化学转向了纳米毒理学。

我们的研究目标是揭示纳米尺度下物质在生物体内的吸收、分布、排泄、代谢和毒性的现象和规律。我用纳米生物效应与安全性一词代替纳米毒理学，因为生物效应具有辩证性，既有利也有弊，更容易得到学术界认可。

应如何推动纳米科技成果转化到临床？在纳米科学研究领域，科研成果落地应用仍是一个短板。到2020年，我国纳米科技累计申请专利已超过30万件，论文发表数量和质量也排在全球第一，这些研究成果却很少被应用。

我常考虑的两个问题，一是如何确保我国纳米科技研究持续保持在世界前列，二是要考虑如何把科学家个人的研究能力转化为国家能力。

主要堵点在哪里？目前，国内科技创新链并不是很完整，通常我们将科技创新链分为9级，1至3级是基础科学研究，4至6级是成果转移转化，7至9级是企业研发的产品和商品。1至3级是科研人员的事情，7至9级是企业界的事情，而4至6级很少有人在做。

推动研究成果的应用，需要在“论文”和“产品”之间建立“桥梁”，这就是创新链4至6级的研发平台。为此，我们在2019年底成立了广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，其主要任务便是补齐科技创新链的4至6级短板。