癌症在体内玩着致命的捉迷藏游戏，而用于治疗癌症的药物往往是失败者——癌症患者也是如此。这些药物很难区分肿瘤细胞和健康细胞，可能会将有效载荷投放到正常细胞上，导致痛苦的副作用，并使附近的癌细胞毫发无损。恶性肿瘤也可能得到人体自身主要防御武器——免疫系统的帮助。免疫系统常常将抗癌药物误认为是有害细菌或其他外来入侵者，并将它们分解。破碎的碎片被输送到身体在肝脏、肾脏和脾脏中的垃圾容器中，同样是在它们到达预定目标之前。即使药物确实设法到达肿瘤，它们中的许多也会纠缠在恶性肿块的密集底层中——无法完全穿透。
纳米医学的最新进展现在使药物能够更好地穿过这一充满风险的环境，并击中肿瘤的所在地。关键是一种独特设计的药物载体，包裹在保护性外壳中，将化疗药物输送到全身。对构建载体的成分进行精细控制（可能只有几纳米宽）使科学家能够创建一种专门的结构，除其他外，这种结构不会触发免疫系统警报。东京大学的片冈一则（Kazunori Kataoka）及其同事等研究人员已将强效化疗药物藏在大小如丙型肝炎病毒的外壳内——大约是红细胞的 200 分之一。在分子水平上，这些药物看起来更像是人体自身制造的东西。这些化合物还具有能够溜进肿瘤并避开健康细胞的优势。
片冈团队的几种纳米药物载体，每种都装载着不同的药物，并针对不同类型的肿瘤，目前正处于亚洲临床试验的最后阶段。这些新型载体中的药物已减缓或逆转了乳腺癌或胰腺癌患者的疾病进展。另一种纳米颗粒正在美国进行第二阶段临床试验。“有了这样的科学，早期阶段需要时间，但我相信该领域开始显示出希望，”片冈说。“未来五年，发展速度将快得多。”
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伪装的药物
将纳米技术应用于化疗药物并非全新理念。市场上已有的药物，如用于转移性乳腺癌的 Abraxane 和用于晚期前列腺癌的 Eligard，都是纳米药物。但这些药物仅攻击某些肿瘤，因此需要更多的疗法。工程技术的后续进步使科学家能够调整纳米载体的结构，使其能够以更高的精度对抗更广泛的癌症。目前正在测试的纳米疗法（通过静脉注射给药）似乎在消除肿瘤方面更有效。
大多数较新的纳米药物都将含药物的核心包裹在柔软的鞘中，鞘上点缀着聚乙二醇，这是一种充当隐形剂的合成材料。这种隐形衣是一层水分子，水分子被鞘材料吸引，因此用常见的体液将其包围。水有助于阻止来自颗粒的电荷，否则这些电荷会提醒免疫系统存在外来物质。
液体缓冲层还覆盖了纳米颗粒的边缘，使其过于光滑，无法为来自免疫系统的任何路过的哨兵（如抗体）提供附着点。纳米颗粒的大小（略大于传统的化疗药物）也有助于确保它不会被身体的酶过快分解。这种对降解的抵抗力使药物有更多时间到达肿瘤并发挥作用。例如，首个获批的癌症纳米疗法 Doxil 在血液中的半衰期使其存活时间比其传统的化疗同类药物多柔比星长得多。（这两种药物都用于治疗卵巢癌。）凭借其设计和保护性涂层，纳米级版本更有利于到达肿瘤而不会被人体破坏。最新型纳米壳药物的柔软、灵活的质地也使它们能够跳过其最终障碍之一：可能钩住更坚硬物质的恶性组织的密集、不规则的生态系统。
新型纳米颗粒的最终武器位于其内部深处。含药物的核心可以被酸分解，因此它会在离开血液的中性环境并到达酸度水平高得多的肿瘤目的地后，立即崩解并释放其药物有效载荷。
为了更好地引导纳米载体走向癌症并远离健康细胞，其他科学家正试图在其外部点缀选定的抗体分子，这些分子被特别富含于癌细胞上的蛋白质所吸引。EGFR 等蛋白质就是这样一个例子，加州大学洛杉矶分校的生物工程师 Dean Ho 在 2013 年发表在Advanced Materials上的初步实验表明，纳米颗粒可以与连接到这些蛋白质的抗体分层。
纳米颗粒也可以被构建为实际的药物，而不仅仅是递送载体。西北大学的科学家创造了由金颗粒碎片制成的纳米颗粒，并掺入了选定的遗传物质 RNA，因为 RNA 具有沉默致癌基因的能力。由于颗粒的小尺寸和其他尚未确定的因素，载有 RNA 的金纳米颗粒可以穿透药物最难到达的部位之一：大脑。2013 年 10 月，研究人员报告称，在动物实验中，纳米颗粒可以穿过血脑屏障（一种由细小血管组成的致密网），以帮助对抗脑肿瘤。西北大学的研究员 Alexander Stegh 表示，这种方法导致啮齿动物的整体肿瘤大小缩小，但最终这些动物仍然死于癌症。究竟这种技术如何设法穿过血脑屏障仍在探索中，他指出。可能是颗粒的结构与血管细胞表面的受体分子结合，而受体有助于将它们拉入。
其他类型的核酸纳米颗粒正在作为探针进行研究，以检测在人体血液中循环的癌细胞。领导该项目的西北大学化学家 Chad A. Mirkin 表示，这项研究可能会产生携带诊断化学物质和药物的纳米颗粒——一种强大的组合，可以在难以找到的癌细胞扩散到身体新部位之前将其消除。设计出这种微型动力装置绝非易事。
研究员 Alexander Stegh 表示，究竟这种技术如何设法穿过血脑屏障仍在探索中，他指出。可能是颗粒的结构与血管细胞表面的受体分子结合，而受体有助于将它们拉入。
其他类型的核酸纳米颗粒正在作为探针进行研究，以检测在人体血液中循环的癌细胞。领导该项目的西北大学化学家 Chad A. Mirkin 表示，这项研究可能会产生携带诊断化学物质和药物的纳米颗粒——一种强大的组合，可以在难以找到的癌细胞扩散到身体新部位之前将其消除。设计出这种微型动力装置绝非易事。