奈米材料於生醫科技上之發展及專利技術應用

奈米技術的概念自1959年由美國物理學家理查．費曼提出以來，60年間已在各項科技領域中蓬勃發展，至今仍是各國挹注資源、致力推動的研究主題之一。奈米技術之所以能有如此舉足輕重的地位，主要在於物質在尺寸遽減至奈米規模時可展現出與以往截然不同之性質，藉此可突破過去研發中所面臨的瓶頸與困境，提供性能更佳之方法與製品，例如：電子產業中半導體材料用之奈米蝕刻技術、環境產業中汙水過濾用之奈米纖維薄膜、能源產業中儲存能源用之石墨烯電池等，而其中又以生醫產業之應用最受矚目。

隨著奈米科技的基礎研究漸臻完備，其於生醫領域之應用也不斷隨之演進，從疾病的預防、診斷到治療皆有奈米技術的發揮之處，例如：以奈米磁性粒子作為核磁共振影像分析之顯影劑，可與特定目標細胞進行專一性結合，進而提升顯影效果；奈米生物晶片及感測器可運用於核酸或DNA分子濃度之檢測，以少量之檢體或試劑即可快速並準確地獲得分析結果；奈米藥物遞輸系統可打破過往限制，使藥物正確抵達目標位置釋放，以提升藥物安定性等，種種研究成果皆對醫療方面帶來卓越的進步與貢獻。

近年來伴隨著上述技術研發的快速躍進，奈米技術於生醫領域應用方面之專利數量亦逐年提升。以全球五大專利局(USPTO、SIPO、WIPO、EPO、JPO)之公開案資料進行統計分析，近五年全球奈米生醫領域相關專利公開案量正以穩定速度成長，前期為美國專利案量居首，目前則以中國專利案量最多。相較之下，WIPO、EPO、JPO則較無顯著增減之趨勢。而在應用方面，相關專利大致上可分為奈米藥物傳輸、奈米檢測、奈米光學、奈米磁學、奈米材料等領域，其中又以奈米藥物傳輸及奈米材料為最大宗。

美國臨床研究公司IQVIA於2020年3月預估，全球藥品支出將以年均成長率2~5%的速度繼續成長，並將於2024年超過1.1兆美元ⁱ，如此龐大的市場需求已吸引各家製藥大廠紛紛投入相關研發。此外，根據經濟部2020年7月發行之《生技產業白皮書》，相較於2009年度全球十大暢銷處方藥皆為傳統合成之小分子藥物，2019年度則有多達六種為生物製劑ⁱⁱ，可知新藥發展已朝結構精密複雜之蛋白質藥物邁進，而奈米技術亦在此發揮關鍵功能。有別於以往藥物傳遞上具有選擇性低、副作用多、投藥效率差等缺點，運用奈米技術之藥物遞輸系統可有效將藥物運送至目標位置作用。其中，常見之奈米載體包含奈米微粒(nanoparticle)、脂質體(liposome)、微胞(micelle)等，這些奈米載體可藉由其表層之特殊修飾，通過重重難關而將藥物精準載送至特定部位，以提升選擇性並降低藥物於途中降解之風險，對於癌症、阿茲海默症或其他罕見疾病有著相當顯著的治療與緩解效果。

過去20年來，美國FDA已核准超過50種奈米藥物且已用於臨床上之治療ⁱⁱⁱ，其中Alnylam Pharmaceuticals公司研發之ONPATTRO於2018年核准上市，為FDA首款批准之RNA干擾（RNA interference）奈米藥物，相關專利共計21篇。ONPATTRO利用脂質奈米微粒包裹siRNA，藉由輸液注射後直接運送至肝臟釋放，該siRNA可誘導干擾作用，使對應之RNA降解而不會轉錄致病之甲狀腺素運載蛋白，進而抑制遺傳性澱粉樣多發性神經病變，幫助罕見疾病患者減緩四肢疼痛或感覺喪失等症狀。除此之外，2020年亦有多達29種癌症奈米藥物正在進行臨床試驗^iv，相信於不久的將來即可問世，替癌症患者帶來曙光。

除了利用奈米載體本身的特性提升藥物的療效，臨床上亦可搭配其他技術以克服藥物開發領域之障礙。舉例來說，美國Johns Hopkins大學申請之專利 （US 2019201326）中結合聚焦超音波與奈米藥物之技術，將載有神經調節藥物之奈米載體經由靜脈注射後，由於奈米載體之表面上修飾有對超音波敏感之化合物，該載體可經由聚焦超音波之引導而將藥物於目標腦部區域釋放，藉而控制藥物作用之區域與時間。另外，聚焦超音波除了作為藥物遞輸系統的助手，亦可與核磁共振影像分析（MRI）技術結合，提供一種非侵入式的治療方法：磁振導航超音波（MRI-guided Focus Ultrasound），藉由MRI顯影技術搭配新穎磁性奈米粒子作為顯影劑（如美國加州大學申請之專利US 10667716 B2），該奈米粒子可使MRI造影解析度進一步提升而可更為精準確定腫瘤之範圍，再利用多頻率超音波聚焦於該範圍而使溫度瞬間升高，進而使腫瘤組織中之蛋白質變性後凝固壞死以減緩症狀。

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