癌症在體內玩著致命的捉迷藏遊戲，而用於治療癌症的藥物往往是失敗者——癌症患者也是如此。這些藥物很難區分腫瘤細胞和健康細胞，可能會將有效載荷投放到正常細胞上，導致痛苦的副作用，並使附近的癌細胞毫髮無損。惡性腫瘤也可能得到人體自身主要防禦武器——免疫系統的幫助。免疫系統常常將抗癌藥物誤認為是有害細菌或其他外來入侵者，並將它們分解。破碎的碎片被輸送到身體在肝臟、腎臟和脾臟中的垃圾容器中，同樣是在它們到達預定目標之前。即使藥物確實設法到達腫瘤，它們中的許多也會糾纏在惡性腫塊的密集底層中——無法完全穿透。
奈米醫學的最新進展現在使藥物能夠更好地穿過這一充滿風險的環境，並擊中腫瘤的所在地。關鍵是一種獨特設計的藥物載體，包裹在保護性外殼中，將化療藥物輸送到全身。對構建載體的成分進行精細控制（可能只有幾奈米寬）使科學家能夠建立一種專門的結構，除其他外，這種結構不會觸發免疫系統警報。東京大學的片岡一則（Kazunori Kataoka）及其同事等研究人員已將強效化療藥物藏在大小如丙型肝炎病毒的外殼內——大約是紅細胞的 200 分之一。在分子水平上，這些藥物看起來更像是人體自身製造的東西。這些化合物還具有能夠溜進腫瘤並避開健康細胞的優勢。
片岡團隊的幾種奈米藥物載體，每種都裝載著不同的藥物，並針對不同型別的腫瘤，目前正處於亞洲臨床試驗的最後階段。這些新型載體中的藥物已減緩或逆轉了乳腺癌或胰腺癌患者的疾病進展。另一種奈米顆粒正在美國進行第二階段臨床試驗。“有了這樣的科學，早期階段需要時間，但我相信該領域開始顯示出希望，”片岡說。“未來五年，發展速度將快得多。”
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偽裝的藥物
將奈米技術應用於化療藥物並非全新理念。市場上已有的藥物，如用於轉移性乳腺癌的 Abraxane 和用於晚期前列腺癌的 Eligard，都是奈米藥物。但這些藥物僅攻擊某些腫瘤，因此需要更多的療法。工程技術的後續進步使科學家能夠調整奈米載體的結構，使其能夠以更高的精度對抗更廣泛的癌症。目前正在測試的奈米療法（透過靜脈注射給藥）似乎在消除腫瘤方面更有效。
大多數較新的奈米藥物都將含藥物的核心包裹在柔軟的鞘中，鞘上點綴著聚乙二醇，這是一種充當隱形劑的合成材料。這種隱形衣是一層水分子，水分子被鞘材料吸引，因此用常見的體液將其包圍。水有助於阻止來自顆粒的電荷，否則這些電荷會提醒免疫系統存在外來物質。
液體緩衝層還覆蓋了納米顆粒的邊緣，使其過於光滑，無法為來自免疫系統的任何路過的哨兵（如抗體）提供附著點。奈米顆粒的大小（略大於傳統的化療藥物）也有助於確保它不會被身體的酶過快分解。這種對降解的抵抗力使藥物有更多時間到達腫瘤併發揮作用。例如，首個獲批的癌症奈米療法 Doxil 在血液中的半衰期使其存活時間比其傳統的化療同類藥物多柔比星長得多。（這兩種藥物都用於治療卵巢癌。）憑藉其設計和保護性塗層，奈米級版本更有利於到達腫瘤而不會被人體破壞。最新型奈米殼藥物的柔軟、靈活的質地也使它們能夠跳過其最終障礙之一：可能鉤住更堅硬物質的惡性組織的密集、不規則的生態系統。
新型奈米顆粒的最終武器位於其內部深處。含藥物的核心可以被酸分解，因此它會在離開血液的中性環境併到達酸度水平高得多的腫瘤目的地後，立即崩解並釋放其藥物有效載荷。
為了更好地引導奈米載體走向癌症並遠離健康細胞，其他科學家正試圖在其外部點綴選定的抗體分子，這些分子被特別富含於癌細胞上的蛋白質所吸引。EGFR 等蛋白質就是這樣一個例子，加州大學洛杉磯分校的生物工程師 Dean Ho 在 2013 年發表在Advanced Materials上的初步實驗表明，奈米顆粒可以與連線到這些蛋白質的抗體分層。
奈米顆粒也可以被構建為實際的藥物，而不僅僅是遞送載體。西北大學的科學家創造了由金顆粒碎片製成的奈米顆粒，並摻入了選定的遺傳物質 RNA，因為 RNA 具有沉默致癌基因的能力。由於顆粒的小尺寸和其他尚未確定的因素，載有 RNA 的金奈米顆粒可以穿透藥物最難到達的部位之一：大腦。2013 年 10 月，研究人員報告稱，在動物實驗中，奈米顆粒可以穿過血腦屏障（一種由細小血管組成的緻密網），以幫助對抗腦腫瘤。西北大學的研究員 Alexander Stegh 表示，這種方法導致齧齒動物的整體腫瘤大小縮小，但最終這些動物仍然死於癌症。究竟這種技術如何設法穿過血腦屏障仍在探索中，他指出。可能是顆粒的結構與血管細胞表面的受體分子結合，而受體有助於將它們拉入。
其他型別的核酸奈米顆粒正在作為探針進行研究，以檢測在人體血液中迴圈的癌細胞。領導該專案的西北大學化學家 Chad A. Mirkin 表示，這項研究可能會產生攜帶診斷化學物質和藥物的奈米顆粒——一種強大的組合，可以在難以找到的癌細胞擴散到身體新部位之前將其消除。設計出這種微型動力裝置絕非易事。
研究員 Alexander Stegh 表示，究竟這種技術如何設法穿過血腦屏障仍在探索中，他指出。可能是顆粒的結構與血管細胞表面的受體分子結合，而受體有助於將它們拉入。
其他型別的核酸奈米顆粒正在作為探針進行研究，以檢測在人體血液中迴圈的癌細胞。領導該專案的西北大學化學家 Chad A. Mirkin 表示，這項研究可能會產生攜帶診斷化學物質和藥物的奈米顆粒——一種強大的組合，可以在難以找到的癌細胞擴散到身體新部位之前將其消除。設計出這種微型動力裝置絕非易事。