英文原题：Recent Progress in Nanomedicine for the Diagnosis and Treatment of Alzheimer’s Diseases
通讯作者：唐本忠，香港中文大学（深圳）；丘子杰，香港中文大学（深圳）；Ryan T. K. Kwok郭子健，香港科技大学
作者：杨涵，谭昊哲，温海飞，辛沛坤，刘晏菱，邓紫薇，许燕宁，高丰，张莉萍，叶子玥，张子聪，陈云豪，王悦泽，孙建伟，林荣业，赵征
背景介绍
阿尔茨海默病（AD）是最常见的神经退行性疾病，全球约有3260万人受其影响，并已连续20年位列十大死亡原因之一。AD的发病机制尚不完全清楚，主要包括淀粉样蛋白（Aβ）过度积累和Tau蛋白过度磷酸化。尽管研究人员提出了如Aβ、神经炎症、氧化应激、神经炎症等多种发病机制，目前的临床药物仍只能暂时缓解患者的认知症状。同时血脑屏障（BBB）的存在也成为AD药物脑部递送的巨大阻碍。随着纳米技术的发展，纳米医学，尤其是纳米颗粒为AD的早期诊断和治疗提供了新希望。
图1. AD 发病机制示意图。
文章亮点
近日，香港中文大学（深圳）唐本忠院士团队总结了近六年来纳米医学在AD的体内外诊断和治疗方面的研究进展，重点关注纳米颗粒在其中发挥的作用。本综述不仅包括了基于各种信号（电信号、局部表面等离子体共振、比色生物传感器及荧光信号等）的体外诊断方法，突出了近红外二区（NIR-II）成像系统的体内诊断，还详细阐述了治疗性药物递送纳米颗粒等领域的发展，讨论了其应用中的当前挑战和局限性，为未来开发用于对抗AD的纳米药物提供了新见解。该综述以题为“Recent Progress in Nanomedicine for the Diagnosis and Treatment of Alzheimer’s Diseases”发表在ACS Nano上 。
图2. 纳米医学在阿尔茨海默病诊断和治疗方面的应用。
AD体外纳米诊断面临挑战，尤其是Tau蛋白和Aβ在正常人和患者中重叠，容易导致假阳性结果。此外，早期AD阶段致病标志物稀缺，进一步增加了检测难度。因此，需根据诊断机制（如电导率、比色反应、光致发光等）选择合适的标志物，并优化纳米材料的表面修饰，以提高传感器的灵敏度和准确性。
图3. 基于电信号的纳米技术用于AD体外诊断的示意图。
体内纳米诊断面临复杂的生物环境、蛋白质干扰以及BBB等挑战，因此，在设计纳米探针时，首要考虑其穿透BBB的能力。这通常通过表面改性实现，包括非共价修饰（如聚山梨醇酯、载脂蛋白等）、共价功能化（如载脂蛋白、转铁蛋白等），以及调节表面电荷和分子大小。其次，探针设计需选择与病变相关的特异性靶向基团，如Aβ、Tau蛋白、AChE等标志物。最后，成像分子的亮度、组织穿透深度和信噪比（SNR）是确保诊断精度的关键因素。
图4. 利用聚集诱导发光纳米材料进行AD体内诊断。
纳米颗粒因其独特的性能，在AD治疗中展现出广泛的应用前景。它们不仅可以作为佐剂和载体，还可作为纳米药物，通过不同途径有效穿越BBB。通过调节表面功能基团，纳米颗粒能够实现药物的靶向输送和可控释放，从而推动AD的纳米治疗。其设计原理与体内纳米诊断探针相似。尤其需要注意的是，像金纳米粒子和碳纳米粒子等材料经过设计，除了具有穿越BBB并靶向AD病灶的能力外，还需具备直接的治疗效果。本文将概述几种常见纳米材料的特点，并重点探讨它们在AD治疗中的应用。
图5. 聚乙二醇 (PEG) 纳米粒子和树枝状聚合物在 AD 中的主要应用示意图。
图6. 碳纳米粒子和蛋白纳米粒子在 AD中的主要应用示意图。
总结/展望
纳米医学为AD的诊断与治疗提供了重要机遇，克服了传统疗法的局限。尽管纳米医学在药物输送和成像技术方面展现了巨大的潜力，但在AD的临床应用中仍面临挑战。如何高效且精准地输送纳米药物到大脑，纳米药物的稳定性和可控释放性，毒性和生物安全性以及纳米药物的生产标准化和伦理都是纳米药物临床转化的关键。未来的研究将聚焦于突破血脑屏障，提升药物输送效率，例如，通过腺相关病毒载体和细菌膜修饰的纳米系统增强靶向性。同时，生物可降解和多功能纳米材料的开发将有助于降低长期使用的毒性，并结合诊断与治疗，实现个性化治疗。纳米技术与先进成像技术（如PET/MRI和NIR-II荧光成像）相结合，将为AD的早期诊断和实时监控提供有力支持。此外，AI与机器学习的应用将加速治疗方案优化和新疗法的研发。纳米机器人作为精准药物输送系统，能够定向释放治疗药物并实时监测脑部微环境，从而提升疗效。总体而言，纳米医学的进展有望为AD的早期诊断和个性化治疗带来突破，推动疾病向可控甚至治愈的方向发展。
相关论文发表在期刊ACS Nano上，香港科技大学博士后杨涵和香港中文大学（深圳）博士研究生谭昊哲为文章共同第一作者，唐本忠教授，丘子杰教授和郭子健教授为通讯作者。
通讯作者信息：
唐本忠
中国科学院院士、英国皇家化学会会士、发展中国家科学院院士，主要从事材料科学，高分子化学和生物医学诊疗研究。
个人网站:
https://sse.cuhk.edu.cn/faculty/tangbenzhong
丘子杰
助理教授、校长青年学者，主要从事有机功能材料；高分子化学；有机化学研究。
个人网站:
https://sse.cuhk.edu.cn/faculty/qiuzijie
郭子健
研究助理教授，主要从事材料科学和生物医学诊疗研究。
个人网站:
https://facultyprofiles.hkust.edu.hk/profiles.php?profile=tsz-kin-kwok-chryan
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ACS Nano 2024, ASAP
Publication Date: December 3, 2024
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c11966
© 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xiaodong Chen
Nanyang Technological University
ACS Nano 是一个用于交流化学、生物学、材料科学、物理学和工程学领域有关纳米科学和纳米技术研究综合类文章的国际平台。此外，该期刊致力于促进科学家之间的交流，开发新的研究机会，通过新发现来推动领域的发展。
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