前言
纳米材料具有非常高的表面积和体积比，并且可以将不同功能集成到同一载体中，在测量和控制生物相互作用方面提供了无数的可能性。
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新冠疫情的全球大流行使我们的医学体系受到了严格的挑战，几十年的基础研究积累使得我们能够在短时间内对COVID-19做出预防、跟踪、定性和治疗。而在这个过程中，纳米医学在科学世界的前沿领域有了很多重要影响。
细胞、病毒的表面由不同的分子构成，纳米材料在微观层面的化学反应及化学控制方面具有关键作用，纳米颗粒具有了非常高的表面积与体积比，并且许多不同的功能可以集成到同一载体中。因此纳米材料和纳米技术在测量和控制生物相互作用方面提供了无数的可能性。在此基础上，我们收集了ACSNano和《美国化学学会杂志》的相关论文，以汇集纳米医学的最新进展，以及未来的许多机遇和挑战。
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纳米医学如今已经广泛应用于临床治疗当中。比如说光热和光动力学疗法就是典型的例子。光热治疗是指光热剂在特定波长下照射升温从而杀死肿瘤细胞。光动力治疗则是光敏剂在特定波长的光照射下，产生大量的活性氧自由基（ROS）从而杀死肿瘤细胞，其中光热剂和光敏剂是光热和光动力疗法的关键。而纳米颗粒是将光能转化为热能的优秀转换器，并且由于其具有相当大的吸收截面，同时它们也是非常合适的光敏剂，目前已有数百份高质量纳米颗粒制剂相关应用的报告。
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然而，我们目前仍然要面对许多其他问题，并且不能够通过研发另一种纳米颗粒来取得突破性进展。
例如，通常小鼠模型中肿瘤的大小会构成小鼠体积显著的一部分，这和人类实际面对的情况不同。此外，实体肿瘤组织中的肿瘤细胞可能是高度异质性的，并且对纳米疗法的反应各不相同，治疗后残留的耐药肿瘤细胞可能导致肿瘤复发。目前，大多数研究没有从长期角度评估发生了什么，例如确定是否存在肿瘤复发或远处转移(这是肿瘤致命的重要原因)，以及纳米颗粒在体内的长期代谢、潜在的长期毒性等。
换句话说，目前我们需要反映肿瘤异质性的更复杂的组织模型，包括免疫细胞和靶向肿瘤组织内以及肿瘤细胞内的相应环境，这可以使设计安全有效的纳米药物具有更大可能性。
目前，纳米医学领域所面对的最重要的挑战包括：
靶向递送，新的递送概念靶向细胞器以增强药物功效。隐形表面防止非特异性相互作用，受控配体修饰优化靶向。
深度肿瘤穿透也是一个关键的挑战，与正确的靶点结合可能使纳米药物可以进入实体瘤。劫持免疫细胞提供了新的机会。在讨论表面化学和靶向时，还需要考虑蛋白质冠。因为蛋白质冠是在工程纳米颗粒表面化学物质周围形成的，其中还包括用于靶向的配体，所以它会干扰纳米颗粒的生物分布。潜在地，特定表面化学的设计可以产生特定的蛋白质电晕组成和结构，这最终可能使得能够调节纳米颗粒的生物分布和命运。例如，一种在不同的生物环境中保持稳定并能够有效地进行内涵体逃逸的工程蛋白质Corona将是一个重要的突破。
血脑屏障则是另外一个重要挑战。根据具体情况，人们可能需要了解、建模、修复或破坏血脑屏障。在该屏障内有效递送和有效靶向受体以刺激摄取仍然是一个巨大的挑战。纳米材料在体内的命运也越来越多地被探索，并且控制或甚至偏置蛋白质冠的形成在递送方面具有重要意义。淘汰，还有更多。
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当然目前在纳米医学领域，我们也取得了很多进展。
新的材料概念已经被用于开发广泛有效的泛冠状病毒疫苗以及未来的肿瘤疫苗。如在免疫疗法中，通过纳米颗粒来“标记”体内的患病细胞，刺激体内免疫反应的发生。以及为了应对SARS-CoV-2大流行，已经开发了基于mRNA的新型疫苗，该疫苗使阳离子脂质纳米颗粒穿过细胞膜到达胞质溶胶。
新的平台技术，如基于SARS-CoV-2变异体中高度保守的多价中和肽表位的技术，结合病毒样颗粒作为递送平台，为更快速地开发靶向和中和病毒变异体的疫苗提供了巨大的前景。模仿病毒结构的生物可降解病毒样颗粒正在成为多功能纳米载体，为生物结合和免疫提供了一个多功能平台。
协同作用的免疫光热剂被称为光热噬菌体，作为具有高热效率的免疫佐剂，并在抑制原发性肿瘤、减少肺转移和增加存活时间方面显示出有希望的结果。
同时我们也正在设计全新的化学方法，将单个纳米颗粒或前组装小分子转化为更大的纳米结构，以响应肿瘤微环境或肿瘤细胞内的特征刺激。在这一概念中，纳米材料是“原位”形成的，即在深层组织或某些细胞器内形成于一种或几种特征性刺激，例如癌细胞内的pH、氧化还原、活性氧物质或酶。从单分子或纳米颗粒到更大的超分子纳米结构的动态化学转化可以为药物设计提供新的途径，通过利用较小结构的深层组织扩散和较大组装体在靶位点的积聚，提供较大纳米结构的延长的保留时间和高蛋白水解稳定性。
而在最近的一个例子中，基于纳米粒子的近红外上转换成像平台和机器学习的结合使得我们能够绘制化疗诱导的周围神经病变，以评估药物诱导的神经毒性。
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在未来，我们期待药物发现和大数据分析及机器学习等人工智能相结合，生产出更高效、更安全的药物。
Reference：
[1]WolfgangJ.Parak*,TanjaWeil*,andPaulS.Weiss*.AVirtualIssueonNanomedicine[J].ACSNano.,15,10:–.
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