分子机器如何输送药物？(2)
让分子机器直接找到目标
能躲避机体免疫系统的攻击是分子机器获得临床应用的重要一步，下一步就是引导分子机器到达目标，如癌细胞和如何针对癌细胞释放药物，以及释放多少药物。
针对病灶部位的靶向输送药物分为三级，依次为靶器官、病变细胞和病变细胞中的细胞器，现在，让分子机器向病变的器官和细胞输送药物有了一些成果，但是针对细胞内的细胞器输送药物还比较困难。
利用分子机器向特定目标输送药物又分为被动靶向和主动靶向两种。被动靶向主要是根据药物及分子机器本身的性质，使得携带有药物的分子机器被体内的单核巨噬细胞摄取，尤其是被肝脏的库普弗(Kupffer)细胞摄取，然后被运送到相应的器官如肝、脾等，这类分子机器除了有纳米球、微球外，还有脂质体(靶向制剂)等。
主动靶向则是对分子机器加以修饰，变得更加有针对性，就像导弹一样被定向发送到靶部位。例如，在载药分子机器的颗粒表面修饰特定的配体或抗体，使分子机器能够主动靶向具有相应受体和抗原决定簇的细胞。现在，主动靶向分子机器(制剂)主要有纳米球、长循环脂质体、免疫脂质体等。
最近，美国北卡罗来纳州立大学和中国药科大学的研究人员合作，用石墨烯片作为分子机器，将两种抗癌药主动有序地输送到癌细胞，而且，每种药物能靶向特定细胞的不同部位，成为一种新型的主动靶向分子机器。这种分子机器已经能定向到达亚细胞目标，即细胞内的细胞核等目标。
TRAIL是一种抗癌蛋白(药物)，阿霉素也是一种对癌症有效的药物，但是，这两种药物发挥疗效的部位是不同的。TRAIL要传递到癌细胞外膜上时才最有效，阿霉素要传递到细胞核上时才最有效。
于是研究人员设计了一种分子机器，把TRAIL和阿霉素两种药物附着到石墨烯片上。石墨烯是一种二维的碳薄片，只有一个原子的厚度，阿霉素会与石墨烯物理结合，TRAIL则通过称为多肽的一段氨基酸链，结合到石墨烯的表面。研究人员希望让这两种药物按顺序进行传递，让每种药物在癌细胞的不同部位发挥最佳抗癌效果。
装载有TRAIL和阿霉素的石墨烯片(分子机器)以溶解状态进入血液，一般肿瘤会引起邻近血管泄漏，因此进入血流的分子机器会在肿瘤处的血管漏洞渗透进肿瘤。然后，石墨烯分子机器与癌细胞接触，癌细胞表面的受体会紧紧抓住TRAIL。同时，癌细胞表面常见的一些酶会切断TRAIL和石墨烯之间的多肽链，让TRAIL留在癌细胞表面，癌细胞则吸收装满阿霉素的石墨烯分子机器。
留在癌细胞表面的TRAIL会开启一个过程来触发癌细胞死亡。当石墨烯分子机器被癌细胞“吞食”后，细胞内的酸性环境会促使阿霉素从石墨烯上分离下来，以攻击癌细胞的细胞核。
由于石墨烯具有很大的表面积，因此，石墨烯分子机器又被称为“石墨烯飞毯”，它能将更多的TRAIL输送到目标癌细胞膜表面，还能将更多的阿霉素输送到癌细胞内部。
研究人员在实验室对患肺癌小鼠开展临床前试验，以检测这种分子机器的疗效。与单独使用阿霉素或TRAIL、或者阿霉素和TRAIL联合(石墨烯和TRAIL之间的肽类没有被切断)相比，这种分子机器输送药物的疗效更好。不过，这项分子机器输送药物技术还需要人体试验来确定它的效果。
智能分子机器输送药物
分子机器输送药物的最高境界是智能输送，也就是根据体内的不同环境和条件输送药物和释放最佳剂量。
由于输送药物的分子机器是一种生物聚合物，而且人体又是一个复杂的生命系统，前者会因为后者的种种因素而改变特性，甚至有时因为体内环境的变化而无法输送药物。人体内的环境包括物理因素(温度、压力、电荷和光线等)、化学因素(pH值，离子强度等)、生物信号因素(酶类，生物分子)等。例如，一般的实体瘤就具有微酸环境，因此，需要设计能应对这些环境的智能分子机器来输送药物。
在输送药物的分子机器的设计和应用中，首先需要根据上述种种因素设计“开关系统”，让分子机器能够利用“开关系统”进行程序化和可预测的方式释放药物，也称为按需释放药物，以达到增强疗效并降低药物毒性和副作用的目的。
例如，释放胰岛素的分子机器能够根据机体内部血糖水平的变化来释放胰岛素。对于具有微酸环境的实体瘤，就需要设计装载具有pH敏感性的抗肿瘤药物的分子机器，在到达肿瘤部位时，因肿瘤的酸性而让分子机器溶解并释放内容物，如抗癌药物阿霉素。
从这些角度看，分子机器输送药物或进行人体内的手术具有广阔的前景。而且，分子机器的出现会像19世纪30年代出现电机一样，带来技术和产业的广泛和飞跃发展。电机在后来带动了电动火车、洗衣机、风扇、食物处理器等多种发明，与电机相似，分子机器未来可以在医疗保健、能源和工业等行业大显身手。
【责任编辑】张田勘 (冯云)
能躲避机体免疫系统的攻击是分子机器获得临床应用的重要一步，下一步就是引导分子机器到达目标，如癌细胞和如何针对癌细胞释放药物，以及释放多少药物。
针对病灶部位的靶向输送药物分为三级，依次为靶器官、病变细胞和病变细胞中的细胞器，现在，让分子机器向病变的器官和细胞输送药物有了一些成果，但是针对细胞内的细胞器输送药物还比较困难。
利用分子机器向特定目标输送药物又分为被动靶向和主动靶向两种。被动靶向主要是根据药物及分子机器本身的性质，使得携带有药物的分子机器被体内的单核巨噬细胞摄取，尤其是被肝脏的库普弗(Kupffer)细胞摄取，然后被运送到相应的器官如肝、脾等，这类分子机器除了有纳米球、微球外，还有脂质体(靶向制剂)等。
主动靶向则是对分子机器加以修饰，变得更加有针对性，就像导弹一样被定向发送到靶部位。例如，在载药分子机器的颗粒表面修饰特定的配体或抗体，使分子机器能够主动靶向具有相应受体和抗原决定簇的细胞。现在，主动靶向分子机器(制剂)主要有纳米球、长循环脂质体、免疫脂质体等。
最近，美国北卡罗来纳州立大学和中国药科大学的研究人员合作，用石墨烯片作为分子机器，将两种抗癌药主动有序地输送到癌细胞，而且，每种药物能靶向特定细胞的不同部位，成为一种新型的主动靶向分子机器。这种分子机器已经能定向到达亚细胞目标，即细胞内的细胞核等目标。
TRAIL是一种抗癌蛋白(药物)，阿霉素也是一种对癌症有效的药物，但是，这两种药物发挥疗效的部位是不同的。TRAIL要传递到癌细胞外膜上时才最有效，阿霉素要传递到细胞核上时才最有效。
于是研究人员设计了一种分子机器，把TRAIL和阿霉素两种药物附着到石墨烯片上。石墨烯是一种二维的碳薄片，只有一个原子的厚度，阿霉素会与石墨烯物理结合，TRAIL则通过称为多肽的一段氨基酸链，结合到石墨烯的表面。研究人员希望让这两种药物按顺序进行传递，让每种药物在癌细胞的不同部位发挥最佳抗癌效果。
装载有TRAIL和阿霉素的石墨烯片(分子机器)以溶解状态进入血液，一般肿瘤会引起邻近血管泄漏，因此进入血流的分子机器会在肿瘤处的血管漏洞渗透进肿瘤。然后，石墨烯分子机器与癌细胞接触，癌细胞表面的受体会紧紧抓住TRAIL。同时，癌细胞表面常见的一些酶会切断TRAIL和石墨烯之间的多肽链，让TRAIL留在癌细胞表面，癌细胞则吸收装满阿霉素的石墨烯分子机器。
留在癌细胞表面的TRAIL会开启一个过程来触发癌细胞死亡。当石墨烯分子机器被癌细胞“吞食”后，细胞内的酸性环境会促使阿霉素从石墨烯上分离下来，以攻击癌细胞的细胞核。
由于石墨烯具有很大的表面积，因此，石墨烯分子机器又被称为“石墨烯飞毯”，它能将更多的TRAIL输送到目标癌细胞膜表面，还能将更多的阿霉素输送到癌细胞内部。
研究人员在实验室对患肺癌小鼠开展临床前试验，以检测这种分子机器的疗效。与单独使用阿霉素或TRAIL、或者阿霉素和TRAIL联合(石墨烯和TRAIL之间的肽类没有被切断)相比，这种分子机器输送药物的疗效更好。不过，这项分子机器输送药物技术还需要人体试验来确定它的效果。
智能分子机器输送药物
分子机器输送药物的最高境界是智能输送，也就是根据体内的不同环境和条件输送药物和释放最佳剂量。
由于输送药物的分子机器是一种生物聚合物，而且人体又是一个复杂的生命系统，前者会因为后者的种种因素而改变特性，甚至有时因为体内环境的变化而无法输送药物。人体内的环境包括物理因素(温度、压力、电荷和光线等)、化学因素(pH值，离子强度等)、生物信号因素(酶类，生物分子)等。例如，一般的实体瘤就具有微酸环境，因此，需要设计能应对这些环境的智能分子机器来输送药物。
在输送药物的分子机器的设计和应用中，首先需要根据上述种种因素设计“开关系统”，让分子机器能够利用“开关系统”进行程序化和可预测的方式释放药物，也称为按需释放药物，以达到增强疗效并降低药物毒性和副作用的目的。
例如，释放胰岛素的分子机器能够根据机体内部血糖水平的变化来释放胰岛素。对于具有微酸环境的实体瘤，就需要设计装载具有pH敏感性的抗肿瘤药物的分子机器，在到达肿瘤部位时，因肿瘤的酸性而让分子机器溶解并释放内容物，如抗癌药物阿霉素。
从这些角度看，分子机器输送药物或进行人体内的手术具有广阔的前景。而且，分子机器的出现会像19世纪30年代出现电机一样，带来技术和产业的广泛和飞跃发展。电机在后来带动了电动火车、洗衣机、风扇、食物处理器等多种发明，与电机相似，分子机器未来可以在医疗保健、能源和工业等行业大显身手。
【责任编辑】张田勘 (冯云)