手性是指物体不能与其镜像叠加的性质。手性分子及其镜像称为对映体，在拉丁命名法中表示为“ D ”(右旋)和“ L ”(左旋)。手性概念在有机化学和立体化学领域已得到广泛应用，但其在生物医学，特别是纳米医学中的应用仍处于发展的早期阶段。
在自然界中，氨基酸、碳水化合物和核酸等小分子在生命起源中起着至关重要的作用，都是手性的。例如，氨基酸主要是L，而糖和众所周知的 DNA 双螺旋结构主要是D。这种现象被称为同手性，是所有生物的定义特征。
手性分子已广泛应用于药物设计中，其中一些分子被设计为以对映体特异性方式与身体相互作用。例如，D-乙胺丁醇是一种抗结核药物，而L-乙胺丁醇会导致失明。1将手性引入纳米颗粒 (NP) 和纳米组件是增强纳米医学转化影响的一个有前景的途径。
手性纳米颗粒是通过将手性配体结合到纳米颗粒表面来合成的。相比之下，手性纳米组装体表示由多个单独的纳米粒子组成时具有手性的结构。2手性纳米组装体的制备可以基于本征手性相互作用、外场感应或手性模板促进，并且根据导致对称性缺陷的驱动力，可以产生多种纳米组装体形状。3
用于免疫治疗的手性纳米材料
手性分子是一种不能与其镜像叠加的分子。就像左手和右手的拇指和手指顺序相同，但是镜像而不相同一样，手性分子也以相同的顺序附着相同的东西，但是镜像而不相同。尽管大多数氨基酸可以以左旋和右旋形式存在，但地球上的生命几乎完全由左旋氨基酸组成。[维基共享资源]
江南大学的Huang Kuang和Chuanlai Xu以及密歇根大学的Nicholas Kotov最近领导的一项研究发现，化学结构相同但手性不同的纳米粒子由于原子空间排列的不同而表现出不同的刺激免疫细胞的能力。4该团队利用圆偏振光和手性肽合成了单分散金纳米粒子，发现两种纳米粒子的对映体都能引发免疫反应，其中 L-纳米粒子比右旋对映体表现出更强的效果。
更进一步，研究小组表明，在体外，L -NP 能够以比D -NP 两倍的效率进入免疫树突状细胞，并且与 H9N2 流感病毒疫苗佐剂相比， L -NP 作为 H9N2 流感病毒疫苗的佐剂的效率高出 1,258 倍。 D -NP，为纳米级手性在免疫学领域的应用提供了潜力。
“纳米尺度的手性纳米粒子和手性(不是碳光学中心典型的埃尺度)是尚未充分探索但至关重要的领域，因为蛋白质和其他生物大分子都具有这种特征。因此，我们可以根据目标蛋白指定的手性要求设计纳米颗粒，使其与蛋白质相互作用。纳米级手性使它们能够更好地“贴合”。就癌症疫苗而言，许多问题源于目标蛋白(或其他大分子)上的良好目标表现出低免疫反应的问题。这是许多癌症疫苗失败的原因。例如，手性纳米颗粒可以帮助激活树突状细胞，以“学习”目标大分子的序列，从而创造出更有效的疫苗和更持久的疗效。”
手性纳米颗粒作为癌症的治疗和预防
在 COVID-19 大流行的背景下，利用脂质纳米粒子作为药物输送平台，证明了纳米技术彻底改变药物输送领域的潜力。随着纳米技术在药物输送方面的各种应用的探索，脂质纳米颗粒已成为一项有前途的技术，特别是在 mRNA 疫苗的输送方面。
癌症是一个重大的全球健康威胁，也是全球第死亡原因。5 2019 年的一项研究显示，新增癌症病例达 2,360 万例，癌症相关死亡人数达 1,000 万例。6虽然手术、化疗和放疗等传统治疗方法很常见，但这些干预措施往往会产生严重的副作用，这主要是由于它们缺乏肿瘤特异性。为了解决这个问题，研究人员正在探索使用癌症疫苗，其目的是通过刺激免疫系统来特异性靶向和消除癌细胞。
Wang等人使用圆偏振光合成L- / D-金纳米粒子，能够对小鼠模型中的肿瘤发挥治疗和预防作用。7 L -NPs 表现出与细胞更强的相互作用，从而增强 NK 细胞和 CD8+ T 细胞的活化及其对肿瘤组织的浸润。
“适应性免疫取决于对特定抗原的识别。肿瘤可以通过隐藏其细胞膜蛋白来逃避免疫监视。因此，肿瘤细胞表面没有理想的靶抗原。但肿瘤细胞在某些表面蛋白丰度上与正常细胞不同。我们可以设计针对肿瘤细胞的手性纳米粒子，以释放内在抗原，损伤相关分子模式(DAMP)和细胞因子，并招募免疫细胞。然后冷的免疫抑制肿瘤可以转化为热肿瘤，”带领他的团队开发用于癌症治疗和预防的手性纳米颗粒的徐传来说。
阿尔茨海默病的对映体依赖性治疗
阿尔茨海默病是痴呆症的主要原因，并且在费用、死亡率和负担方面是一个重大的健康问题。8阿尔茨海默病等神经退行性疾病的研究最近已成为手性纳米疗法的焦点。Shi等人发现手性金纳米粒子在近红外光照射下可以有效促进小鼠神经干细胞(NSC)分化为神经元。9神经干细胞具有多能性和显着的再生潜力，已被提议作为神经退行性疾病、中风和脊髓损伤的潜在治疗方法。研究发现，细胞分化的效率随着手性的增强而增加，而且这些手性纳米粒子在阿尔茨海默病小鼠模型的体内研究中也显示出显着的治疗效果。
除了使用 NSC 进行治疗外，防止 β 淀粉样蛋白 (Aβ) 肽的聚集也是治疗 AD 的一种有前景的方法。由 Aβ 肽错误折叠聚集体引起的神经原纤维缠结的形成是 AD 的一个突出的组织病理学特征。中国纳米材料中心唐志勇教授团队证明，手性纳米粒子可以有效抑制Aβ42的聚集，静脉注射后可穿过血脑屏障，且毒性极小。10与对映体D相比，L -NP对 Aβ42 表现出更大的结合亲和力和更高的脑生物分布-NPs，可改善对 Aβ42 纤维颤动的抑制，并更有效地挽救 AD 小鼠模型的行为缺陷。
“上个世纪的沙利度胺悲剧告诉我们，一种药物的不同对映体可能会产生截然不同的结果，一种有效，而另一种可能无效甚至有害。因此，确定药物的手性对于确保其安全性和有效性至关重要。在纳米医学领域，手性纳米颗粒具有独特的特性，影响其药代动力学、生物分布和作为药物输送载体的功效。我们的研究表明，手性金纳米粒子对β淀粉样蛋白聚集表现出对映选择性，这意味着它们优先与药物的一种对映体相互作用，而不是与另一种对映体相互作用，”唐说。
他补充说，大多数使用小分子或抗体来治疗阿尔茨海默病的临床试验都没有成功，因为纳米颗粒的小尺寸使它们能够克服身体的屏障并穿过血脑屏障，从而产生更高的生物利用度和更少的副作用。
“尽管如此，与任何新的治疗方法一样，必须彻底评估手性纳米粒子的安全性和毒性。这包括了解它们对免疫系统的潜在影响以及它们的长期安全性。手性纳米药物还可以提供用于疾病成像和监测的非侵入性方法，从而改善患者的治疗效果并降低医疗成本。通过最大限度地减少毒性，手性纳米药物有可能提高患者的生活质量。”
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