隨著奈米技術在實驗室和臨床試驗中用於將藥物輸送到目的地，科學家們對哪種奈米顆粒最終可能最有效地在全身運輸多種不同的抗癌療法，有了一個驚人的發現。
傳統的觀點是，越小越好。但根據北卡羅來納大學教堂山分校（U.N.C.）化學教授約瑟夫·德西蒙領導的一個科學家團隊的研究，這可能並非如此。德西蒙和他的同事們已經證明，這些微觀藥物載體的形狀比大小重要得多，甚至可能決定藥物是否能有效地穿透靶細胞，或者最終成為靶標本身，被免疫系統摧毀。
雖然邏輯上講，粒子越小，就越有可能滲透到細胞膜，但研究人員發現，由於免疫系統對它們的反應方式，棒狀粒子能夠比其他形狀更快地進入細胞。“很明顯，”德西蒙說，“尺寸和形狀之間存在著一種以前沒有確定的作用。”
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這項研究本週發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上，表明棒狀顆粒（直徑150奈米，長450奈米）穿透人體細胞的速度大約是尺寸更均衡的顆粒（如200奈米×200奈米）的四倍，並且在細胞內移動的距離更遠。一奈米等於一英寸的400億分之一。
加州大學聖巴巴拉分校化學工程教授薩米爾·米特拉戈特里說：“如果回到10年前，問一下[開發治療顆粒]最重要的引數是什麼，人們會立刻想到顆粒的大小，然後是其表面化學性質。”米特拉戈特里開發了不同形狀的微觀顆粒，並測試它們輸送藥物的能力，但與德西蒙的研究無關。“現在人們意識到形狀也會產生影響。”
人們的希望之一是，一旦奈米技術被證明是安全有效的藥物輸送系統，就可以將攜帶藥物的高濃度奈米顆粒直接注射到身體最需要的地方，並利用它們的形狀快速發揮作用。例如，能夠用任何有機材料製造各種形狀的顆粒，可以使患有類風溼性關節炎或克羅恩病的人透過單次注射而不是透過兩小時的靜脈輸注類克來獲得藥物。“你想要在需要的時候把它送到你想要的地方，而不會浪費它。”德西蒙說。
以特定方式成型的奈米顆粒也可能使藥物遠離可能對其造成損害的器官，從而提高某些藥物的安全性。“我們已經證明，我們的直徑為200奈米，高度為200奈米的圓柱形顆粒在動物的腎臟中攝取量很低，”德西蒙說，並補充說，目前尚不清楚為什麼形狀會影響腎臟的攝取。研究人員希望，其他形狀，例如直徑為80奈米，長度為500奈米的柔性蠕蟲狀奈米顆粒，效能會更好。
那麼，為什麼特定的形狀效果更好呢？一方面，棒狀或蠕蟲狀顆粒比球形顆粒更難被身體的免疫系統排斥。“巨噬細胞會吞噬異物顆粒並將其清除出迴圈系統，它們喜歡吞噬不需要它們膨脹太多的物體，”米特拉戈特里說。“如果巨噬細胞從側面靠近這些蠕蟲狀顆粒，它們必須膨脹很多才能吞噬它們，而它們不喜歡這樣。”巨噬細胞不太可能附著在細長顆粒的尖端，因為末端僅佔顆粒總表面積的一小部分，他補充說。
“我們認為，蠕蟲狀顆粒對於巨噬細胞來說很難吞噬和清除，”德西蒙說，“因為已知巨噬細胞難以吞噬這種絲狀物體。更具球形對稱性的顆粒可以被巨噬細胞一舉吞噬，但對於這種絲狀顆粒來說就更加困難。”
在克里斯蒂安·梅蘭德看來，德西蒙及其團隊的發現是奈米技術在藥物輸送方面的應用中一個令人驚訝但受歡迎的進展。梅蘭德是北卡羅來納州立大學羅利分校的有機化學助理教授，他一直在研究使用金奈米顆粒來協助輸送一種正在開發的艾滋病毒（人類免疫缺陷病毒）治療藥物，並幫助該藥物附著在T細胞外的受體（嵌入細胞膜中的蛋白質分子）上，以保護它們免受艾滋病毒侵害。
儘管梅蘭德及其在北卡羅來納州立大學和科羅拉多大學博爾德分校的同事使用無機物質（金），並且無法改變他們所使用的顆粒的形狀，但梅蘭德表示，德西蒙的工作“展示了大多數人無法預測的顆粒輸送方面的見解。這也表明，在這一領域還有很多基礎研究要做。”梅蘭德的團隊沒有參與德西蒙的任何工作，目前正在測試他們的金奈米顆粒穿過血腦屏障模擬物的能力，該屏障阻止許多物質從血液進入大腦。
為了幫助他們的技術更快地進入製藥公司手中，德西蒙和他的同事們製造了一種裝置，可以使用模具批次製造不同形狀的奈米顆粒，這些模具像冰塊一樣彈出這些顆粒。非潤溼模板中的粒子複製 (PRINT) 技術幫助德西蒙在今年 6 月贏得了 50 萬美元的萊梅爾森-麻省理工學院獎。“我們使用光刻技術製造一個晶片，該晶片將成為（奈米顆粒的）主模板，”他說。“從那裡，我們能夠製造數千英尺長的模具。”
自 2005 年以來，德西蒙和他的同事們就能夠製造這些微型模具，並當時在《美國化學會雜誌》上發表了一篇論文，描述了他們的工作。這些模具只有 0.04 英寸（1 毫米）見方，產生的具有受控尺寸和形狀的奈米顆粒很少。然而，“我們現在能夠以經濟高效的方式製造多平方米的模具，這使我們能夠製造數百毫克的各種形狀和尺寸的奈米顆粒，從而使我們能夠探測生物系統，”德西蒙說。
下一步是由Liquidia Technologies（德西蒙於 2004 年與一群北卡羅來納大學的研究人員共同創立的北卡羅來納州公司）完善印刷方法並擴大生產規模。Liquidia 製造了一臺機器，每天可生產數十克奈米顆粒，該公司希望每天能夠生產數公斤的奈米顆粒。他希望到 2009 年年中能夠配備美國食品藥品監督管理局批准的裝置，以生產這些奈米顆粒，並在不久之後進入臨床試驗。德西蒙的研究清單上的首位是siRNA（短干擾 RNA）分子，這些分子可能能夠阻止癌細胞產生使其危險的蛋白質，以及抗癌藥物多西他賽、順鉑和阿黴素。