Science等10篇子刊 | Langer、王中林、张先正、丁丹、王均、袁友永、刘润辉、刘文广、张晗、杨祥良等人最新研究成果
奇物论
本次周刊集合了上周关于纳米医学、生物材料和可穿戴与器件三大领域的精选日报，供大家参考和交流！
生物材料
以医疗为目的，用于诊断、治疗、修复或替换人体组织器官或增进其功能的材料被称为生物材料。
下面，奇物论编辑部对上周部分生物材料的报道进行收集，供大家学习交流。
其中，编辑部重点推荐的有：
1.华人科学家开发出"即用型"心脏贴片，并登上Science子刊封面
2.一口气狂发16篇AM丨Langer、Mirkin、Kataoka等全球大牛指路生物纳米材料精准医学
1. Angew：启发于天然，开发降低免疫排斥反应的生物材料
宿主的异物反应（FBR）通常会损害医疗设备等植入物的功能。有鉴于此，华东理工大学的刘润辉等研究人员，报道了以蚕丝中富含丝氨酸的丝胶为灵感，开发了低FBR材料。
本文要点：
1）聚高丝氨酸(Poly-β-Homoserine，β-HS)材料由亲水性的非天然氨基酸β-高丝氨酸组成。β-HS的自组装单分子层(SAM)可以抵抗不同蛋白质的吸附，也可以抵抗细胞、血小板和不同微生物的粘附。
2）持续3个月的实验表明，当植入对照聚乙二醇水凝胶时，引起明显的炎症反应、胶原包裹和巨噬细胞聚集，而β-HS水凝胶的这些反应最小。令人惊讶的是，β-HS水凝胶可在植入物附近的组织中诱导血管生成。
3）分子动力学模拟表明，β-HS的低FBR性能是由“双氢键水合”造成的，其中β-HS的主链酰胺基和侧链羟基均发生水合。
DonghuiZhang, et al. Silk‐Inspired β‐Peptide Materials Resist Foulingand the Foreign‐Body Response. Angewandte ChemieInternational Edition, 2020.
DOI：10.1002/anie.202000416
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000416
2.AFM：用于动脉瘤栓塞的硬度自调节形状记忆水凝胶
动脉瘤是一种危及生命的血管疾病。形状记忆(SM)水凝胶弹簧圈栓塞治疗难治性动脉瘤是一种很有前途的治疗方法。然而，单个温度触发的SM在导管中会软化，需要输送多个线圈，这可能会堵塞导管并使操作过程复杂化。有鉴于此，天津大学的刘文广、天津市第一中心医院的Xuequan Feng等研究人员，通过丙烯腈(AN，偶极-偶极相互作用单体)、N-丙烯酰基-2-甘氨酸(ACG，pH敏感氢键单体)和聚乙二醇二丙烯酸酯的共聚，制备了具有自调节刚度的不透射线温度/pH双响应形状记忆水凝胶。
本文要点：
1）在没有细胞毒性的微酸性条件下，额外的超分子PACG氢键与氰基偶极-偶极对结合在一起，有助于实现体温触发的SM效应，其杨氏模量达到前所未有的高达430 MPa(10°C)和16 MPa(37°C)。
2）在一只狗身上制造了一个颈动脉瘤来测试这种SM水凝胶的栓塞效果。在37℃时，水凝胶的高硬度确保其顺利通过导管输送。进入动脉瘤囊后，在与中性血液接触时会出现二次肿胀，同时硬度适当降低，从而提高了填塞密度，降低了再通率和输送时间。
这种刚性适应性SM水凝胶具有作为永久性栓塞剂治疗各种动脉瘤的巨大潜力。
BoLiu, et al. Stiffness Self‐Tuned Shape Memory Hydrogels forEmbolization of Aneurysm. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI：10.1002/adfm.201910197
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201910197
3.Biomaterials：一种止血针，有效解决组织穿刺后出血！
组织穿刺术是诊断和治疗疾病的有效手段，为临床医生提供重要信息。然而，出血仍然是一个主要且不可避免的并发症，它会导致严重的后果，特别是在凝血功能异常的患者中。在此，华中科技大学朱锦涛、张连斌、张春等人提出了一种简便而有效的制备止血针的方法，即在注射器针头表面涂覆一层机械和化学性能经过精心优化的海藻酸钠-氯化钙水凝胶，可以有效地防止组织穿刺后出血。
本文要点：
1）该研究通过合理设计Ca2+交联海藻酸盐水凝胶的组成和理化性质，在注射器针头表面简单地涂覆一层水凝胶即可制成止血针，通过原位固-凝胶相变来防止出血。
2）该止血水凝胶涂层具有良好的生物相容性，可以在不影响组织正常生理功能和创面愈合的情况下逐渐解离。
3）具有止血涂层的针头在正常动物和出血素质动物模型中显示出完全防止血管和内脏穿刺后失血的作用。本文研制的具有止血涂层的注射器针头在包括取样和注射方面都具有巨大的临床应用潜力。
JingliRen, et al. Alginate hydrogel-coated syringe needles for rapid haemostasis ofvessel and viscera puncture, Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120019
4.Adv. Sci.：一种液滴微流控系统制备杂化胶囊用于干细胞类器官工程
由自组织干细胞衍生的类器官代表一项重大的技术突破，有可能给生物医学研究带来革命性的变化。然而，以可重现和高通量的方式构建高保真类器官仍然具有挑战性。在此，中国科学院大连化学物理研究所秦建华等人开发了一种液滴微流控系统用于杂化水凝胶胶囊的可控制造，该系统允许大规模的3D培养和从人类诱导性多能干细胞（hiPSCs）衍生的功能性和均匀的胰岛类器官的形成。
本文要点：
1）在这个全水微流控系统中，依靠相反电荷的海藻酸钠(NaA)和壳聚糖(CS)的界面络合作用，以一系列液滴为模板一步法制备二元胶囊。所制备的杂化胶囊均匀度高，生物相容性好，稳定性好，渗透性好。
2）所建立的系统可以通过包裹来自hiPSCs的胰腺内分泌细胞，在连续的过程中生产胶囊、3D培养和自组织形成人胰岛类器官。生成的胰岛类器官含有胰岛特异性α和β样细胞，高表达胰腺激素特异性基因和蛋白。
3）此外，它们表现出敏感的葡萄糖刺激胰岛素分泌功能，证明了这些二元胶囊从hiPSCs制造人类类器官的能力。该系统具有良好的可扩展性、易操作性、稳定性等特点，为推进人类类器官研究和转化应用提供了一个强有力的平台。
HaitaoLiu, et al. A Droplet Microfluidic System to Fabricate Hybrid Capsules EnablingStem Cell Organoid Engineering, Adv. Sci. 2020.
DOI:10.1002/advs.201903739
https://doi.org/10.1002/advs.201903739
5.华人科学家开发出"即用型"心脏贴片，并登上Science子刊封面
细胞治疗已成为创伤或梗死后心脏修复的一种有前景的策略，然而，移植细胞的低保留率和植入限制了潜在的治疗效果。在支架材料中植入细胞，形成心脏贴片，移植到心脏表面，可以克服这些限制。然而，由于贴片需要新鲜制备以保持细胞活力，长期保存是不可行的，限制了临床应用。
有鉴于此，北卡罗莱纳州立大学程柯教授等人开发了一种“即用型”治疗性心脏贴片，由去细胞猪心肌细胞外基质支架和通过封装来自分离的人心脏基质细胞的分泌因子而产生的合成心脏基质细胞（synCSCs）组成。
本文要点：
1）这种完全脱细胞人工心脏贴片（artCP）在长期低温保存后仍保持其效力。研究人员表示，可以将贴片冷冻并安全地保存至少30天，而且由于不涉及活细胞，因此不会触发患者的免疫系统排斥它。
2）在大鼠急性心肌梗死模型中，移植artCP通过减少瘢痕形成、促进血管平滑肌生成和增强心功能来支持心脏恢复。在猪心肌梗死模型中进一步证实了artCP的安全性和有效性。artCP是一种临床上可行的、易于储存的、无细胞的替代性心肌修复方法。
K.Huang el al., An off-the-shelf artificial cardiac patch improves cardiac repairafter myocardial infarction in rats and pigs, Science Translational Medicine(2020).
DOI:10.1126/scitranslmed.aat9683
https://stm.sciencemag.org/content/12/538/eaat9683
6.Angew：NIR-II发射染料跨血脑屏障运输的有机球形核酸
DNA纳米技术在生物医学领域发挥着越来越重要的作用，但其在有机纳米材料设计中的应用还处于探索阶段。有鉴于此，南方科技大学的田雷蕾等研究人员，报告了利用DNA纳米技术将发射NIR-II的纳米荧光团运送到血脑屏障(BBB)，从而促进脑肿瘤的非侵入性成像。
本文要点：
1）具体地说，DNA嵌段共聚物PS-b-DNA是通过固相点击反应合成的。证明了它的自组装结构表现出特殊的团簇效应，其中最显著的是BBB交叉效应。
2）因此，利用PS-b-DNA作为两亲性基质，制备了NIR-II类纳米荧光团，并将其应用于活体生物成像。
3）因此，定位于胶质母细胞瘤的基于DNA的纳米荧光团的NIR-II荧光信号比基于PEG的对应分子的NIR-II荧光信号高3.8倍。
显著提高的成像分辨率将大大有利于脑肿瘤的进一步诊断和治疗。
FanXiao, et al. Organic Spherical Nucleic Acids for the Transport of a NIR‐II‐Emitting Dye Across the Blood–Brain Barrier.Angewandte Chemie International Edition, 2020.
DOI：10.1002/anie.202002312
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002312
7.一口气狂发16篇AM丨Langer、Mirkin、Kataoka等全球大牛指路生物纳米材料精准医学
关于生物医学应用的材料科学有很多文章可供阅读，但是很难获得侧重于与个性化医学最相关的方法和知识的最新的主题汇编。
于此，由Advanced Materials杂志的客座编辑Natalie Artzi撰写的本期关于个性化医学材料的专刊，将相关的Review和Progress Report归纳于此，着重介绍了用于治疗和诊断的材料设计以及医学生物材料的开发和制造，旨在激发和启发许多人推动他们研究计划前进。工程师与临床医生和科学家的合作最终将有助于改善患者的生活，并为精确医学的实现带来希望。
Advanced Materials Special Issue: Materials for Precision Medicine. 2020.
https://onlinelibrary.wiley.com/toc/15214095/2020/32/13
8. Anal. Chem：类似于中国古代硬币的磷脂自组装体可作为人造细胞器
磷脂自组装体在生物体中普遍存在，且非球形的脂基原细胞器具有与真实细胞器结构相似的优点。而如何模拟细胞内细胞器之间的质量传递仍然是研究所面临的一大难题。哈尔滨工业大学韩晓军教授通过控制冷却速率再结晶的策略构建了一种罕见的形似古代钱币(ACC)的磷脂自组装体。
本文要点：
1）实验结果表明，通过改变乙醇含量、脂质浓度和冷却速率可以控制该组装体的直径以及方形边缘与圆盘直径的比值。在纯水中，该ACC形状的磷脂双层膜微胞可扩展成堆叠的池状结构，进而可作为人造细胞器。
2）实验通过囊泡与人造细胞器的膜融合模拟了细胞器间的质量传递，并诱导了人造细胞器内的级联酶反应。因此，该ACC形磷脂组装体也为细胞生物学和合成生物学的研究提供了一个良好的新型平台。
ChaoLi. et al. Phospholipid Self-Assemblies Shaped Like Ancient Chinese Coins forArtificial Organelles. Analytical Chemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.0c00430
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c00430
纳米医学
本期纳米医学精选周刊共收录了14篇精选论文，涵盖了荧光探针，肿瘤诊疗、分析传感以及重要综述文章等领域，供大家参考~
推荐阅读（点击标题查看详情）:
1. Nature Nanotech：器官选择性靶向纳米颗粒，去哪个器官它来sort（附专访）
2. Nature Biomed. Eng.: 碳量子点用于广谱精准靶向诊疗
3. 王均/袁友永等Angew：生物正交反应增强抗肿瘤前药活化
4. 张先正Biomaterials：细胞膜纳米体系用于光控金属离子和PDT
1. Nature Nanotech：器官选择性靶向纳米颗粒用于基因传递
美国德克萨斯大学西南医学中心Daniel J. Siegwart教授课题组报道了一种器官选择性靶向（SORT）技术，对纳米粒子进行系统设计，用于mRNA递送和CRISPR/Cas基因编辑。这种方法可将mRNA，Cas9 mRNA /单向导RNA（sgRNA）和Cas9核糖核蛋白（RNP）等复合物准确递送到小鼠的肺、脾和肝脏内。
Cheng,Q., Wei, T. etal. Selective organ targeting (SORT) nanoparticlesfor tissue-specific mRNAdelivery and CRISPR–Cas gene editing. Nat.Nanotechnol. 2020.
https://doi.org/10.1038/s41565-020-0669-6
2. Nature Biomed. Eng. : 碳量子点用于广谱精准靶向诊疗
不论肿瘤的来源、位置和种类，对其进行特异选择性成像与给药而不影响正常组织是癌症诊疗面临的重大挑战。北京师范大学范楼珍教授、朱嘉副教授和耶鲁大学周江兵教授等人研发了一种结构类似大的氨基酸的碳量子点（LAAM CQDs)有望解决这一问题。
Li, S., et al.Targeted tumour theranostics in mice via carbon quantum dots structurally mimicking large amino acids. Nat Biomed Eng (2020).
https://doi.org/10.1038/s41551-020-0540-y
3. Nature Commun：一种既能开源又能节流的ROS生成策略用于化疗/光动力协同治疗
活性氧(ROS)参与的肿瘤治疗的疗效受到氧底物缺乏的严重限制，如光动力疗法(PDT)中的缺氧和化学动力疗法(CDT)中过氧化氢(H2O2)的不足。在此，北京科技大学张学记、董海峰等人使用硅酸锰(MSN)负载过氧化钙(CaO2)和吲哚青绿(ICG)，并用相变材料月桂酸(LA)进一步表面改性，制备了一种H2O2/O2自供应纳米试剂(MSNs@CaO2-ICG)@LA。
本文要点：
1）LA保护CaO2不受水的影响，而在近红外(NIR)808 nm激光的照射下，ICG不仅会产生单线态氧，而且放出热量使LA熔化。暴露的CaO2与水反应生成O2和H2O2，用于缓解缺氧的ICG介导的PDT和H2O2参与的基于MSN的CDT，作为ROS产生的开源策略。
2）此外，MSNs诱导的谷胱甘肽耗竭保护ROS不被清除，这被称为减少支出。这种开源和节支策略在抑制体内和体外肿瘤生长方面都是有效的，并从多个水平显著提高了ROS参与的癌症治疗的ROS生成效率。
参考文献：ConghuiLiu, et al. An open source and reduce expenditure ROS generation strategy forchemodynamic/photodynamic synergistic therapy, Nat. Commun., 2020.
DOI:10.1038/s41467-020-15591-4
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15591-4
4. Biomaterials: 细胞膜纳米体系用于光控金属离子和PDT
基于金属的治疗剂已被广泛研究用于疾病治疗，但仍面临脱靶和急性毒性等挑战，精确控制金属离子的释放成为迫切需要解决的问题。近日，武汉大学张先正教授课题组设计了一种通过近红外（NIR）诱导的光动力疗法（PDT）控制氧化条件，实现按需激活和释放金属离子的纳米体系（PAM），应用于抗肿瘤和抗菌领域。
参考文献：Lu Zhang et al. Near infrared light-triggeredmetal ion and photodynamic therapy based on AgNPs/porphyrinic MOFs for tumorsand pathogens elimination. Biomaterials.2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120029
5. Angew：生物正交反应增强抗肿瘤前药活化
通过内源性刺激响应激活的前药面临着肿瘤异质性等问题，而利用外源的生物正交点击化学反应来激活前药有可能解决该问题，但是目前用于标记肿瘤中点击化学反应基团的策略大多数仍然依赖于内源性的靶向受体或过表达的酶等。
针对这一问题，华南理工大学王均、袁友永等人将肿瘤普遍存在的酸性微环境与生物正交点击化学反应相结合，提出了一种通用的生物正交反应活化抗肿瘤前药策略。
Yansong Dong, et al. AGeneral Strategy for Macrotheranostic ProdrugActivation: Synergy by TumorAcidic Microenvironment and BioorthogonalChemistry. Angewandte ChemieInternational Edition, 2020.
DOI: 10.1002/anie.201913522
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201913522
6. Science Advances：新型碲硒纳米异质结用于肿瘤治疗
用于肿瘤治疗的二维纳米材料一直受到学者们的大量关注。然而，二维纳米材料在生物医学中的应用仍然面临着重要的制约。有鉴于此，瑞典卡罗琳斯卡学院Yihai Cao教授、深圳大学张晗以及深圳市人民医院刘利平等研究人员，将二维碲硒纳米径向异质结成功用于多种恶性肿瘤的光热治疗，取得了显著的治疗效果。
本文要点
1）制备了特殊的TeSe纳米异质结，其中Te相为“结晶性的核”、Se相为“无定型的壳”，形成了小尺寸的“核-壳”异质结结构，使其具有优异的化学稳定性核高效的光热特性。
2）2DTeSe纳米异质结的形成，改善了单独Te纳米材料、Se纳米材料稳定性差、毒性较高的缺点，在体内体外水平均表现出了极好的稳定性和生物安全性。统一的形貌、可控的尺寸，使2D TeSe纳米异质结的肿瘤靶向性可调
由于高效的光热转化效率以及肿瘤靶向性，基于2D TeSe纳米异质结的肿瘤光热治疗对大部分肿瘤实现了治愈。
Shiyou Chen, et al.Eradication of tumor growth by delivering novel photothermal selenium-coatedtellurium nanoheterojunctions. Science Advances, 2020.
DOI：10.1126/sciadv.aay6825
https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaay6825?rss=1
7. ACS Nano：用于改善肾缺血再灌注损伤线粒体功能的MSC-EVs的体内示踪
间充质干细胞(MSCs)释放的细胞外小泡(EVs)在缺血再灌注(I/R)急性肾损伤(AKI)动物模型中表现出再生能力，被认为是MSC直接治疗的潜在替代品。然而，MSC-EVs在肾I/R损伤中的实时体内成像尚未建立。负责其再生效应的MSC-EVs的肾细胞内靶点也仍然难以捉摸。在此，南开大学王悦冰、丁丹等人报道了通过具有聚集诱导发射(AIE)特性的DPA-SCP，实时观察到MSC-EVs特异性地聚集在受损肾脏，并被肾近端小管上皮细胞(TECs)摄取。
本文要点：
1）DPA-SCP在肾I/R损伤小鼠模型中精确跟踪MSC-EVs的命运达72小时，并在时空分辨率和跟踪能力上显示出优于市场上流行的EV跟踪器PKH26。
2）进一步分析表明，MSC-EVs通过激活Keap1-Nrf2信号通路刺激线粒体抗氧化防御和ATP生成，通过减少线粒体碎裂、使线粒体膜电位正常化和增加线粒体DNA拷贝数来保护TECs免受氧化损伤。
3）MSC-EVs诱导的肾TECs中microRNA-200a-3p表达增加可能是其保护线粒体和刺激肾脏信号转导通路的调节机制。
综上所述，MSC-EVs在肾I/R损伤过程中积聚于肾小管，通过激活Keap1-Nrf2信号通路，增强TECs线粒体功能，促进肾功能恢复。具有AIE特征的DPA-SCP使MSC-EVs在肾脏修复中的非侵入性和精确的体内可视化成为可能。
参考文献：HongmeiCao, et al. In Vivo Tracking of Mesenchymal Stem Cell-Derived ExtracellularVesicles Improving Mitochondrial Function in Renal Ischemia–Reperfusion Injury, ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.9b08207
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08207
8. Angew：多酶模拟纳米凝胶用于生物响应荧光成像
近年来，试图设计简单、稳定和高效的非蛋白系统来实现天然酶的性能，特别是实现高度特异性的癌症诊断和治疗，已成为一个新兴的领域。酶模拟物的特性突出了活性位点组分的关键重要性，以及整合和稳定它们所支持的网络环境。在此，同济大学王启刚、王霞等人采用酶催化原子转移自由基聚合(ATRPase)的方法，制备了基于过渡金属Fe(II)离子配位生物相容性丙烯酰基赖氨酸聚合物刷的金属交联聚合物纳米凝胶(MPGs)体系。
本文要点：
1）MPGs中的单原子、高度分散的铁离子既是凝胶网络的有效交联剂，又是模拟超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性的多酶模拟活性中心。
2）MPGs具有与传统铁基纳米酶相当的催化活性，与分子酶模拟物和天然辣根过氧化物酶(HRP)相比有更高的热稳定性。
3)在细胞和动物上的研究证实，基于MPGs模拟活性的串联催化，可以成功地实现高效的活性氧(ROS)响应生物荧光成像
参考文献：MeiyuanQi, et al. Multienzyme-Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP andMetal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging, Angew. Chem. Int.Ed., 2020.
DOI:10.1002/anie.202002331
https://doi.org/10.1002/anie.202002331
9. Angew：自然杀伤细胞配备双适体，增强实体瘤过继免疫治疗
尽管以自然杀伤(NK)为基础的过继免疫治疗在血液系统恶性肿瘤中取得了成功，但靶向实体瘤的治疗效果仍然有限。在此，福州大学杨黄浩、李娟等人提出了一种适体装备策略，以产生特异性、普适性和通透性(Super)的NK细胞，用于增强实体肿瘤的免疫治疗。
本文要点：
1）NK细胞化学上装备有针对HepG2细胞的TLS11a适体和无遗传改变的PDL1特异性适体。双适体装备的NK细胞对肿瘤细胞具有高度的特异性，与亲本或单一适体装备的NK细胞相比，具有更高的细胞因子分泌和凋亡/坏死作用。
2）有趣的是，配备双适体的NK细胞显著上调了HepG2细胞中PDL1的表达，增强了检查点阻断。此外，活体显像显示，配备适体的NK细胞高度浸润到肿瘤深层，从而提高了实体瘤的治疗效果。这项工作提供了一种直接的化学策略，以适体装备NK细胞，在增强实体肿瘤的过继免疫治疗方面具有相当大的潜力。
参考文献：DaZhang, et al. Equipping Natural Killer Cells with Specific Targeting andCheckpoint Blocking for Enhanced Adoptive Immunotherapy in Solid Tumors, Angew.Chem. Int. Ed., 2020.
DOI:10.1002/anie.202002145
https://doi.org/10.1002/anie.202002145
10. JACS：按需激活的铂（IV）配合物具有独特的抗癌机制
对于癌症治疗中的个性化精准医学，人们迫切希望可以靶向激活的靶向抗癌前药。具有独特作用方式的此类前药也有望克服耐药性。于此，香港城市大学Guangyu Zhu等人报道了以奥沙利铂为基础且光笼化（photocaged）的Pt（IV）前药coumaplatin，以实现核积累和“按需”激活。
本文要点：
1）该前药基于Pt（IV）配合物，可以通过水氧化有效地将其活化，而无需还原剂。coumaplatin能在核仁中非常有效地积累，并且在光激活后，该前药显示出的光细胞毒性水平比奥沙利铂高2个数量级。
2）出乎意料的是，该前药具有显着增强的肿瘤渗透能力，并利用独特的作用方式克服了耐药性；即是coumaplatin而不是奥沙利铂诱导细胞衰老，不依赖p53的细胞死亡和免疫原性细胞死亡以及T细胞活化。该发现不仅为可控活化和核仁靶向Pt（IV）抗癌前药的合理设计提供了一种新的策略，而且证明了将常规铂类药物积累到细胞核中是改变其典型作用机制和降低耐药性的一种切实可行的方法。
参考文献：ZhiqinDeng, et al. A Photocaged, Water-Oxidizing, and Nucleolus-Targeted Pt(IV) Complexwith a Distinct Anticancer Mechanism. Journal of the American Chemical Society2020.
DOI:10.1021/jacs.0c00221
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00221
11. Nano Lett：光激活的前药聚合物纳米颗粒用于治疗耐药卵巢癌
将化疗与基因治疗相结合是一种治疗癌症的有效策略。中科院长春应化所周东方副研究员和黄宇彬研究员开发了一种光激活的Pt(IV)前药骨架聚合纳米颗粒系统(CNPPtCP/si(c-fos))，并将其用于对si(c-fos)进行光控递送，进而通过光激活的化疗(PACT)和RNA干扰(RNAi)治疗对抗耐药的卵巢癌(PROC)。
本文要点：
1）在蓝光(430 nm)照射下， CNPPtCP/si(c-fos)会产生不依赖于氧气的N3•。N3•具有较弱的氧化能，可通过其辅助的光化学内化使得较少的基因发生失活，并实现高效的溶酶体逃逸。
2）随后，随着Pt(IV)前药被激活，CNPPtCP/si(c-fos)会发生解离从而释放活性Pt(II)和si(c-fos)。体内外实验结果均表明，CNPPtCP/si(c-fos)对PROC具有良好的协同治疗效果，且副作用毒性较低。因此，这种前药组成的聚合物纳米平台也为治疗耐药癌症提供了一种新型的基因/药物共递送策略。
参考文献：QingfeiZhang. et al. Photoactivatable Prodrug-Backboned Polymeric Nanoparticles for Efficient Light-Controlled Gene Delivery and Synergistic Treatment of Platinum-Resistant Ovarian Cancer. Nano Letters. 2020
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04981
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04981
12. ACS Nano：氮化碳空心纳米调节器同时实现超声、荧光、红外热成像协同PTT/PDT
“智能”纳米抗癌药物在根除肿瘤方面目前效率有限，因此需要开发理想的具有诊断和治疗作用的纳米药物。在此，为了克服这些挑战，复旦大学关明、徐州医科大学Fenglei Gao等人构建了一种智能纳米调节器，通过在核壳结构的掺氮石墨烯量子点(N-GQD)@空心介孔二氧化硅纳米球(HMSN)上包覆一层介孔氮化碳(C3N4)，并用P-PEG-RGD聚合物修饰，实现了主动靶向递送(简称R-NCNP)。
本文要点：
1）辐照后， R-NCNP纳米调节器显示出对水分子显著的催化分解作用，由于C3N4壳层的存在，导致氧水平持续升高，从而促进肿瘤氧合，缓解肿瘤缺氧。
2）所产生的氧泡用作回声源，触发组织阻抗失配，从而增强回声信号的产生，使其成为可激光激活的超声成像剂。
3）此外，封装的光敏剂和C3N4层状光敏剂同时被激活，以最大限度地提高ROS的产量，实现了用于增强PDT的三重光敏剂混合纳米系统。
4）有趣的是，N-GQDs赋予R-NCNP纳米调节器光热效应，使其显示出可观的光热结果和红外热成像(IRT)。
5）重要的是，进一步的分析表明，聚合物修饰的R-NCNPs主动靶向特定的肿瘤组织，并显示出三模态US/IRT/FL成像辅助的PTT/PDT协同作用，用于实时监测肿瘤消融和疗效评估。体外和体内实验表明，三模PDT与高效PTT在所设计的纳米调节器中的合理协同具有良好的抗癌效果，这可能为个性化癌症治疗探索更多的可能性。
参考文献：XingZhang, et al. Carbon Nitride Hollow Theranostic Nanoregulators ExecutingLaser-Activatable Water Splitting for Enhanced Ultrasound/Fluorescence Imagingand Cooperative Phototherapy, ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.9b08737
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08737
13.Biomaterials：利用配体修饰杂化纳米盘设计不同各向异性靶向纳米载体用于基因传递的研究
主动靶向修饰是提高纳米药物疗效的最重要策略之一。与球形纳米载体上的均相配体相比，非球形纳米药物往往使配体的修饰更加复杂。修饰的配体总是表现出各向异性和异质性。然而，对这些多样化的各向异性改性的系统研究却很少，其疗效差异及机制尚不清楚。在此，北京大学张强、何冰，沈阳药科大学陈大为等人分别在边缘和平面上制备了与cRGD结合的杂化纳米盘(NDs)，以设计两种各向异性靶向纳米载体(分别为E-cRGD-NDs和P-cRGD-NDs)用于基因传递。
本文要点：
1）配体的各向异性赋予NDs多种细胞相互作用，并导致E-cRGD-NDs和P-cRGD-NDs的作用效果不同。值得注意的是，E-cRGD-NDs在siRNA负载、细胞摄取、沉默效率、蛋白表达甚至体内效应等方面显示出明显的优势。
2）机理研究揭示了E-cRGD-NDs特有的功能各向异性。cRGD的边缘修饰有效地分离了靶向域和siRNA负载域，使它们各自的功能最大化。这些发现反映了配体各向异性的独特效应，也为广泛的纳米药物的靶向筛选提供了新的策略。
参考文献：QingChen, et al. Anisotropic active ligandations in siRNA-Loaded hybrid nanodiscslead to distinct carcinostatic outcomes by regulating nano-bio interactions,Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120008
14. Chem. Soc. Rev：纳米药物的力学性能对其靶向肿瘤的影响
在过去的几十年里，通过调节纳米药物的机械性能来增强其对肿瘤靶向性能引起了越来越多的关注。华中科技大学李子福教授、甘璐教授和杨祥良教授综述分析了纳米药物的机械性能对其体内行为的影响，并重点介绍了其对药物递送效率和抗肿瘤效果的影响作用。
本文要点：
1）作者综述了自2000年以来关于纳米药物的力学性能对其靶向肿瘤的影响的相关进展，并介绍了调整纳米药物力学性能的方法和表征纳米药物力学性能的相关技术。
2）最后，作者也对纳米药物在肿瘤靶向给药中的应用前景和面临的诸多重大挑战进行了讨论。
参考文献：ZhengLi. et al. Influence of nanomedicine mechanical properties on tumor targetingdelivery. Chemical Society Reviews. 2020
DOI:10.1039/c9cs00575g
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/c9cs00575g#!divAbstract
可穿戴与器件
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2. 美科学家发明出能检测健康状况的马桶，还能识别......
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1. Science：利用成像技术，直视小鼠胚胎发育过程！
哺乳动物的胚胎发育是一个复杂的、具有时空动态变化的过程，此前的技术手段很难直接观察胚胎发育的动态过程。有鉴于此，西安交通大学黄强、杜克大学沈西凌以及麻省理工学院Rudolf Jaenisch等研究人员，首次通过开发的研究小鼠胚胎发育活体成像技术，观察到了小鼠胚胎从第9.5天到出生的连续发育状况。
该项技术非常有助于在体动态连续观察早期器官形成过程中不同细胞的命运决定，进行时空上的可见的细胞谱系分析，对发育生物学领域具有十分重要的意义。
2. Nature Biomed. Eng.:美科学家发明出能检测健康状况的马桶，还能识别......
用于对个人健康进行纵向监测的技术与临床工作流程的集成度很低，而且很少为医疗保健提供者提供可操作的生物测定数据。于此，斯坦福大学医学院Sanjiv S. Gambhir等人描述了易于部署的硬件和软件，用于通过数据收集和人体健康模型对用户的排泄物进行长期分析。
本文要点：
1）“智能”马桶是独立的，通过利用压力和运动传感器自主操作，使用护理标准比色分析法分析用户的尿液，从尿液分析条的图像中跟踪红绿蓝值，使用计算机视觉作为尿量计来计算尿液的流速和体积，并使用深度学习根据布里斯托尔粪便形式量表对粪便进行分类，其性能可与受过训练的医务人员相媲美。
2）厕所的每个用户都通过他们的指纹和肛膜的特征（据说每个人都不一样，手动狗头）来识别，并且数据被安全地存储和分析在一个加密的云服务器中。这种马桶可用于特定病人群体的筛查、诊断和纵向监测。
Park,S., Won, D.D., Lee, B.J. et al. A mountable toilet system forpersonalized health monitoring via the analysis of excreta. Nat BiomedEng (2020).
https://doi.org/10.1038/s41551-020-0534-9
3. Nature Commun.: 自供电过滤空气中纳米级微粒的口罩
随着经济发展和工业化进程的推进，对煤、石油等化石能源的需求不断增长，导致颗粒物（PM）污染快速增加。根据空气动力学直径, 可以将PM分为PM10（直径2.5-10µm），PM2.5（直径1-2.5µm）和纳米级颗粒（NP，直径<1 µm）。众所周知，PM中的主要化学成分，例如过渡金属氧化物，无机盐和有机碳，对人类健康有严重影响。NPs直径较小，表面积较大，悬浮时间较长，对公众危害较大。因此，开发NPs的去除技术具有相当重要的意义。有鉴于此，四川大学陶国宏教授、四川大学何玲教授等人，设计了一种可用于高效去除PM（包括NP）的自供电空气过滤器。且在施加低电压后，可以去除PM2.5和PM10，效率分别为99.59%和99.75%。
参考文献：Zhang, G., Zhu, Q.,Zhang, L. et al. High-performance particulate matter including nanoscale particleremoval by a self-powered air filter. Nat. Commun. 11, 1653 (2020).
DOI：10.1038/s41467-020-15502-7
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15502-7
4. Nano Energy：好玩，手臂一弯，LED灯就亮！
柔性压力传感器的发展使其在人机交互电子皮肤和智能穿戴领域的仿生设备中具有广阔的应用前景。这类传感器在待机模式下具有零功耗、高灵敏度和宽线性响应范围的能力是非常关键的，但在基于柔性矩阵的真实场景中也是非常必要的。尽管现有的方法多种多样，但要在单个压力传感器中同时满足这些要求仍然是具有挑战性的。
有鉴于此，中国科学院深圳先进技术研究院的陈明、杨春雷、新加坡南洋理工大学的魏磊、华中科技大学的陶光明等研究人员，展示了一种高性能、零待机功耗的柔性压力传感器，它通过在顶部截断的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/铝掺杂氧化锌(AZO)和底部的聚酰亚胺(PI)/金(Au)叉指电极(PDMS-AZO/PS/PI-Au)之间引入一个可调谐的光刻胶间隔(PS)来实现。
2）此外，通过有限元模拟，证明了上下微结构的引入提供了多个接触阶段(如点接触、点饱和和表面饱和)，进一步扩大了接触面积，获得了超高的灵敏度和较宽的线性响应范围，这一点得到了实验结果的有力支持。
3）作为概念的证明，一个人造的身体反射弧被成功地集成到一名志愿者中，以调整LED照明的亮度和数量。
5. PNAS：可编程机器人，可作出各种形状！
微型机器人的一个关键特性是，它们能够在外部刺激下（如热、光、电和化学环境）变形为预先编程的配置。使用常规方法来实现这种行为是具有挑战性的，因为在这些尺度上可用的材料不能像它们的宏观对应物一样可编程。为了克服这一挑战，密歇根大学化学Mayank Agrawal等人提出了一种设计策略，以制造一种既可编程又可与胶体级物理兼容的机器人机器。
2）通过调节六个设计参数来编码目标环的形状和运动，每个设计参数在胶体尺度上是不变的且是可实现的。研究人员利用厘米级机器人证明了该设计策略的合理性。
3）使用布朗动力学模拟来探索更大的设计空间，并提出了一个分析理论来辅助设计过程。还可以将多个闭合链融合在一起，以实现几种复杂的形状和机器人行为，这通过折叠字母形状“M”，动态抓手和动态“吃豆人”得到了证明。
6. Nature Commun.：不用节食和运动，该无线装置可更安全减肥
冷刺激和随后激活的β-肾上腺素能受体（β-AR）会有效刺激脂肪组织的生热作用并增加全身能量消耗，β3-AR激动剂作为一种能刺激脂肪组织产热的减肥药物，已经得到了广泛的研究。但是，β3-AR途径的全身激活不可避免地会增加血压，这是心血管疾病的重要危险因素，因此限制了其在肥胖症治疗中的应用。
为了在不受外部刺激的严格时空控制下激活脂肪生热，于此，加州大学旧金山分校Shingo Kajimura和斯坦福大学Ada S. Y. Poon等人报道了一种可植入的无线光遗传学设备，该设备绕过β-AR途径并选择性触发脂肪细胞中的Ca2+循环。
2）明显地，光诱导的脂肪生热足以保护小鼠免受饮食诱导的体重增加。本研究提供了第一个概念证明，即通过激活非典型的生热作用，脂肪特异性的冷模拟可以预防肥胖。
7. ACS Nano:连续，可扩展地制造用于能量收集和信号传感的杂化纳米微摩擦电纱线
可以有效收集生物机械能并感应多功能姿势和运动的基于纺织物的摩擦电纳米发电机（TENG）在下一代可穿戴和便携式电子设备中具有广泛的应用。因此，迫切需要通过连续制造过程来批量生产具有高摩擦电输出的细纱
8. Nano Energy:自供电可穿戴式压力传感系统用于连续健康监护
YalingWang, et al. Self-powered wearable pressure sensing system for continuoushealthcare monitoring enabled by flexible thin-film thermoelectric generator. NanoEnergy, 2020.
DOI：10.1016/j.nanoen.2020.104773
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