国家纳米中心梁兴杰课题组近期部分重要成果介绍
NanoLabs
2019-11-03
梁兴杰，国家纳米科学中心研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者。主要从事纳米药物在生物体系中的构效机制，优化纳米药物的成药性并且用于临床研究。
课题组正在探寻通过提高药物分子的输运效率来达到显著改善治疗效果或者预防癌症和艾滋病的纳米生物技术，利用生物响应型纳米材料在细胞和组织水平提高药物安全性和治疗效果。下面，我们节选了梁兴杰研究员课题组近期的部分科研进展，供大家交流学习。1. Nature Commun.：热响应三功能纳米转运体在多药耐药细菌感染光热化疗中的应用据世界卫生组织统计，近80%多药耐药（MDR）或极度耐药（XDR）微生物的出现是由于全球过度使用或滥用抗生素而导致的，这些菌株的感染伴随有严重的副作用，如血栓性静脉炎或表皮坏死松解，因此，迫切需要开发一种对多药耐药菌具有高抗菌作用的新策略。国家纳米科学中心梁兴杰研究团队、重庆大学罗阳等人设计了一种巧妙的三功能纳米结构，即TRIDENT（热响应应激药物输送纳米转运体），用于可靠的细菌根除。其强大的抗菌效果归功于将荧光检测与协同化学光热灭活相整合。其中，近红外辐射产生的升温不仅通过相变机制熔化了纳米转运体，而且不可逆转地破坏了细菌膜以促进亚胺培南的渗透，从而干扰细胞壁生物合成，最终导致细菌快速死亡。体内和体外实验都表明，即使是封装了低剂量的亚胺培南TRIDENT也能根除临床耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，而单用亚胺培南的效果是有限的。由于受感染部位的迅速恢复和良好的生物相容性，此抗菌策略可用于对抗多药耐药或极端耐药细菌。
Guangchao Qing, Yang Luo, Xing-Jie Liang, et al. Thermo-responsive triple-functionnanotransporter for efficient chemo-photothermal therapy of multidrug-resistantbacterial infection. Nat. Commun., 2019.https://doi.org/10.1038/s41467-019-12313-32. Nano Lett.：在肿瘤均匀分布的磁性铁氧纳米材料用于MRI/MPI和磁热治疗磁热治疗所面临的两个主要难题是定量评估给药期间和给药后的药物分布以及在不损伤周围组织的情况下实现肿瘤的均匀热疗。国家纳米科学中心梁兴杰、中科院自动化研究所田捷等人开发了一种具有活性生物靶向作用的多模态MRI/MPI诊疗系统用于进行改善的磁热治疗(MHT)。该系统具有增强的磁共振成像(MRI)和磁粒子成像(MPI)效应，并且研究发现18纳米的氧化铁NPs (IOs)可以作为一种高性能的体外MRI / MPI造影剂。为了提高其递送的均匀性，实验使用肿瘤靶向肽CREKA对18纳米IOs进行修饰使其可以靶向肿瘤。MRI/MPI结果显示，靶向剂可以显著改善纳米颗粒在4T1原位小鼠乳腺癌肿瘤中的递送均匀性。治疗结果显示，通过提高靶向性和递送均匀性可以使得该系统比其他非靶向的IOs具有更好的肿瘤磁热治疗效率。
Yang Du, Xiaoli Liu, Qian Liang, Xing-Jie Liang, Jie Tian. Optimization and Design of Magnetic Ferrite Nanoparticles with Uniform Tumor Distribution for Highly Sensitive MRI/MPI Performance and Improved Magnetic Hyperthermia Therapy. Nano Letters. 2019DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00630https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b006303. Science Advances：向阳花多级次结构抗肿瘤基因治疗当前，纳米技术为工程设计将基因转移到癌细胞的更稳定和有效的载体提供了巨大的潜力。 但是，目前的Au NPs载体仍然面临一些缺陷。一方面，由于细胞的胞吐作用，超小NPs的净摄取量仍然很低，导致治疗效果降低。另一方面，有效地从体内清除NPs是临床实践中NPs安全翻译的关键要求。有鉴于此，国家纳米科学中心梁兴杰课题组设计并构建了DNA介导自组装的Au-DNA向阳花状多级次纳米结构（纳米向阳花）。在体外近红外光的调控响应下，使大尺寸颗粒（~200 nm）被动靶向到肿瘤部位，中等尺寸颗粒（~50 nm）渗透进肿瘤内部，小尺寸颗粒（<10 nm）被肿瘤细胞高效摄取，最终实现了良好的基因调控效果。纳米向阳花表现出较强的NIR吸收和光热转化能力。在近红外辐射下，大尺寸的纳米结构可以分解并释放出超小的金纳米颗粒。c-myc癌基因沉默序列修饰的2 nm NPs的释放改善了NPs的细胞核通透性，从而提高了转染效率。研究表明，通过协同控制体外预培养时间，体内循环时间和照射时间，可实现细胞摄取量的增加，基因沉默功效可调节，并抑制肿瘤的效果。可变形的纳米向日葵为纳米载体的设计提供了极好的模型，该载体系统在生物医学应用中具有巨大的潜力。
Huo, S.; Gong, N.; Jiang, Y.; Chen, F.; Guo, H.; Gan, Y.; Wang, Z.; Herrmann, A.; Liang, X.-J., Gold-DNA nanosunflowers for efficient gene silencing with controllable transformation. Science Advances 2019, 5 (10), eaaw6264.DOI: 10.1126/sciadv.aaw6264https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaaw6264
梁兴杰研究员是中国科学院纳米材料的生物医学效应和纳米安全重点实验室副主任，中国科学院纳米科学卓越中心纳米药物组组长。课题组致力于研究如何发展生物材料，利用纳米技术提高小分子化合物（先导化合物、化疗药物）和生物大分子（siRNA，mRNA，peptide，Ab等核酸，蛋白分子）生物利用度的分子和细胞生物学机制，并探索新型纳米结构促进重大恶性疾病（癌症，艾滋病等）的药物疗效和临床治疗的方法。《Biophysics Reports》 和 《Biomaterials》 杂志副主编， 《ACS Nano》 建议编委会杂志编委, 《Current Nanoscience》, 《Theranostics》, 《Biomaterials Research》等杂志编委及《Biotechnology Advances》杂志客座编委。http://www.nanoctr.cas.cn/liangxingjie/
