我在当今最好的医疗馆里，治疗方法被吹捧为尖端技术，但乳腺癌的治疗仍然需要动手术。幸运的话，肿瘤可以在不牺牲整个乳房的情况下被切除。对于那些不幸的人来说，为了除掉恶性细胞，必须移除很多组织。
尽管现代医学很先进，但通常不可能在不影响整个身体的情况下治疗一个病变区域。手术和放疗会同时杀死好细胞和坏细胞，化疗和抗生素会渗透到全身，对正常器官产生不必要的副作用。即使当我们想让药物影响身体的某一部分时，现代医学仍然不能精确地将药物运送到患病区域，也不能确保药物准确地在我们希望的地方释放剂量。因此，今天的治疗方法仍然是钝器。
纳米医学的前景是，通过将药物直接运送到患病部位而不损害身体其他部位，彻底改变治疗方法。纳米医学的关键是传输特性，这也是纳米医学面临的最大挑战。
身体已经形成了隔板来保护自己和关键器官。例如，中枢神经系统是人体防御能力最强的部位之一。它被包裹在骨头里，有自己的循环系统。“血脑屏障”使血液循环无法渗透更大的抗生素分子，这使得治疗中枢神经系统感染变得困难。
今天的治疗方法仍然是钝器。
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在伊拉克和阿富汗，头部受伤占战场伤亡率的20%。目前，从伊拉克和阿富汗回国的退伍军人正在挑战医学界解决这一问题。许多伤者会发展成脑膜炎或脓肿，这是一种破坏性的脑损伤，即使治疗成功，也会导致永久性的神经问题。
医学研究的革新者们正在研究新的技术，通过人体的血管网络来运送药物，这些血管网络能够精确地靶向病变细胞，或者在感染的情况下，靶向细菌和病毒等入侵者。迅速发展的纳米技术为我们提供了以微小的形式实现这一目标的新技术纳米粒子可以注射到血液中，在那里他们可以找到目标并完成任务。
设计用于治疗大脑内部疾病的纳米颗粒必须足够小，才能穿过血脑屏障，但又必须足够大，才能在整个过程中携带并保持治疗有效载荷。它必须避开免疫系统的抗体，这些抗体试图摧毁体内的一切异物。它必须穿过大脑的血管壁。在它的旅程结束时，它必须穿透细菌的壁，使其失去功能或消灭它。
众所周知，政府的国防高级研究计划局(DARPA)投资于尖端项目，如果资助的研究成功，就有很高的潜在回报。例如，今天的互联网和全球定位系统(GPS)就是DARPA最初资助工作的成果。该机构目前正在以纳米颗粒治疗平台的形式投资纳米药物，以治疗与军事相关的疾病，并让生病的士兵尽快康复。
在伊拉克和阿富汗，头部受伤占战场伤亡率的20%。目前，从伊拉克和阿富汗回国的退伍军人正在挑战医学界解决这一问题。
我们听到纳米医学已经很多年了，媒体多次预言它的力量。就像其他各种技术一样，炒作先于真正的、通常充满障碍的、实现成功所必需的工作。但我们现在看到纳米粒子在实际的医疗诊断和治疗中。一些真正新颖的纳米颗粒疗法，比如美国国防部高级研究计划局(DARPA)所设想的，目前正在进行人体试验，并显示出积极的结果。
2013年5月，美国国防部高级研究计划局(DARPA)授予一个团队600万美元，用于开发治疗创伤性脑损伤和相关感染的治疗纳米颗粒。这项工作将代表来自三个机构的专家的合作，他们将处理纳米医学的不同方面——构建粒子，创建引导粒子通过身体到达目标的机制，以及开发激活治疗的有效载荷。
一组来自加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的材料化学家专门从事纳米颗粒的设计。他们的工作是构建一个足够大的粒子，以容纳货物，但又足够小，以通过细胞膜。纳米粒子是由生物材料制成的，比如蛋白质和核酸，它们可以在实验室中制造出来，还有一些元素，比如金、基铁，甚至硅，这是一种很容易被人体组织吸收的元素——它实际上对骨骼和结缔组织的健康至关重要——而且还有可生物降解的额外好处。
由于这些粒子必须通过许多障碍，它们的大小和形状也很关键。加州大学圣地亚哥分校的团队设计的这种粒子大约有100纳米大小——比人类细胞小几千倍，由硅制成。使用硅的优点在于它是一种常见的晶体材料，科学家们已经开发出了一种技术，可以在晶体中通过酸(如牙洞)或电流产生均匀的孔或小孔。这些颗粒被称为介孔硅纳米颗粒(MSNP)。
颗粒中的孔可以装载不同的药物，目的是在靶细胞内释放药物，或装载用于基因治疗的核酸(DNA或RNA)。甚至有可能制造出分子“纳米门”，起到门的作用，防止被困货物释放出来，直到货物到达最有效工作所需的位置。加州大学圣地亚哥分校的研究小组设计出了最好的纳米粒子容器来容纳药物，并让药物通过免疫系统而不被发现，下一步是细胞工程——弄清楚纳米粒子如何突破目标细胞的细胞壁。微粒的外层将与血液中的其他细胞相互作用，必须能够避开免疫系统。
大多数细胞都有独特的表面蛋白质，比如区分不同细胞的产品标识或衣领别针——这就是免疫系统区分敌友的方法。表面蛋白被嵌入到脂膜中，纳米颗粒用来识别目标细胞。当两者接触时，粒子的“目标”蛋白与目标细胞的表面相互作用。这是患病细胞决定是否允许粒子与自身结合的关键时刻。它要求蛋白质是一个特定的匹配。
这种靶向蛋白的制造将由加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)的桑福德-伯纳姆研究小组(Sanford-Burnham research group)负责，该小组此前曾在脑肿瘤和血凝块的蛋白质表面识别出标记物。在DARPA项目中，他们将试图找到感染大脑的细菌的离散表面特征，这样纳米颗粒就可以锁定并只附着在这些目标上。一旦附着，这些粒子将被细菌吸收，并释放出一种特殊形式的RNA，这种RNA是自然已经设计好的，用来控制正常的细胞功能，但人类才刚刚开始将其用于治疗。
甚至有可能制造出分子“纳米门”，作为门的作用，防止被困货物释放出来，直到它到达需要的地方。
作为细胞的信使，RNA调节基因的表达，这意味着它可以关闭基因。科学家首先发现了基于rna的基因基因沉默在植物中——确切地说是紫色的矮牵牛花。他们通过抑制产生紫色的基因，使这些花部分变白。后来发现，同样的机制在原始蛔虫身上也起作用。后者的研究最终为两名美国人赢得了诺贝尔奖1并将这种特殊类型的RNA识别为短RNA干扰(siRNA)或沉默RNA．siRNA与目标细胞的RNA结合并使其失效。
多亏了这些诺贝尔奖得主的研究，我们现在知道基因沉默是正常细胞功能的一部分。每个细胞中都有sirna，选择性地关闭某些蛋白质的制造功能，无论是动物或植物的细胞，人类或海牛，细菌甚至病毒。科学家现在的关键是了解如何操纵它。
这一领域的早期工作表明，仅仅将“裸siRNA”注射到血液中是无法治疗人类疾病的。siRNA的分子结构使它容易受到正常的“管家”酶的攻击，这些酶旨在快速分解随机循环的核酸;这个系统可以防止裸循环的siRNA进入靶细胞。但最近的研究表明，当siRNA被塞进一个硅介孔载体时，它可以免受清除免疫细胞和循环核酸酶(这种酶可以分解旧的DNA和rna)的影响，直到它完成自己的工作。
麻省理工学院(MIT)的一个研究小组将完成最后一步，通过设计可以使这些细菌失效的sirna，消除大脑感染的罪魁祸首。例如，一种siRNA已经被开发出来，它可以抑制或干扰细菌的表达凝固酶，一种由葡萄球菌使受感染组织的血液凝结的细菌。
美国国防部高级研究计划局团队设想的治疗方法很可能是将一剂颗粒放在液体悬浮液中，并注射到体内。这些微粒随后会在血液中被被动地运送，从静脉漂浮，穿过心脏，进入动脉，最终到达大脑的毛细血管，在那里它们将与大脑感染细菌的表面蛋白质结合。然后它们就会蜂拥至目标生物的防御系统，渗透并破坏其中的机器。这项工作完成后，这些微粒将被清洁细胞分解，其组成部分(硅和核酸的碎片)将被回收或排出体外。
纳米颗粒治疗癌症、肥胖和病毒感染的临床试验已经在进行中。随着我们对疾病的遗传基础有了更深入的了解，我们可以更加精准地采取行动。我们可以瞄准肥胖中过度活跃的脂肪细胞，癌症中的肿瘤细胞，肝炎中的病毒，或者创伤性脑感染中的细菌。虽然我们可能永远无法消除子弹穿过肢体或大脑所造成的伤害，但我们正在接近一个不再需要手术、放疗、化疗或抗生素的未来，一个我们可以直接接触到患病细胞的未来。
William Hanson, m.d.，是《医学的前沿．他是宾夕法尼亚大学医学院麻醉和危重护理教授和首席医疗信息官。他的研究曾在国内和国际出版物上发表，包括科普，《美国新闻与世界报道》他还曾做客美国国家公共电台(NPR)新鲜的空气以及探索频道的电视纪录片。
