Nature等30篇顶刊 | 施剑林、黄维、陈春英、黄力夫、丁丹、金桥、张良方、徐福建、谢海燕等人最新研究成果
小奇
2020-04-21
一转眼，又到了周刊，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！
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。1. Nature：再生医学获得突破！小分子让小鼠重见光明在大多数导致不可逆失明的视网膜病变中，光感受器丧失是最终的共同终点，并且没有有效的治疗方法来恢复视力。成纤维细胞的化学重编程提供了逆转视力丧失的机会；然而，感觉神经元亚型如光感受器的产生仍然是一个挑战。于此，北德克萨斯大学沃思堡健康科学中心眼科研究所Sai H. Chavala等人发现了一种将皮肤细胞直接重编程为用于视觉的光敏棒状感光器的技术。该实验室制造的棒状感光器使失明小鼠能够检测到光线。相关成果于4月15日在《Nature》杂志上发表。1）研究发现使用一组五个小分子可以化学诱导成纤维细胞转化为棒状感光细胞样细胞。将这些化学诱导的感光样细胞（CiPCs）移植到棒变性小鼠（rd1的纯合子，也称为Pde6b）的视网膜下空间导致瞳孔反射和视觉功能的部分恢复。2）研究表明，有丝分裂核通讯（mitonuclear communication）是成纤维细胞重编程为CiPCs的关键决定因素。具体而言，用这五种化合物处理会导致AXIN2易位至线粒体，从而导致活性氧的产生、NF-κB的活化和Ascl1的上调。3）预期CiPC可能具有恢复视力的治疗潜力。重要的是，研究人员发现这种直接重编程是如何在细胞水平上介导的。这些发现将有助于研究人员不仅将这项技术应用于视网膜，而且应用于许多其他类型的细胞。
Mahato,B., et al. Pharmacologic fibroblast reprogramming intophotoreceptors restores vision. Nature (2020).
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2201-42. Science子刊表明：隆胸整形没那么简单！硅酮通常用于注射器的润滑、医疗器械的封装和外科植入物的制造。虽然人们普遍认为硅酮对细胞环境相对惰性，但它们可以介导多种炎症反应和其他有害作用，硅酮生物活性的潜在机制仍未得到解答。在此，美国康奈尔大学Matthew J. Paszek等人报告硅酮液体和凝胶具有很高的表面应力，可以很好地抵抗细胞长度尺度上的变形。1）生物医用硅酮，包括注射器润滑剂和FDA批准的隆胸填充物，很容易吸附基质蛋白，并通过其表面应力激活典型的刚性传感途径。2）在3D培养模型中，液态硅酮液滴支持强大的细胞粘附和多核单核细胞来源的细胞团的形成，这些细胞团概括了异物反应中肉芽肿形成的表型特征。综上所述，该发现暗示表面应力是一种细胞刺激剂，在应用于生物医学目的的硅酮时应予以考虑。
Zhu Cheng, et al. The surface stress of biomedical silicones is a stimulant ofcellular response, Science Advances, 2020.
DOI:10.1126/sciadv.aay0076https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaay00763. Science Advances：首次发现一种牙髓再生干细胞牙髓是保持牙齿活力的关键。牙髓-牙本质复合体的再生对牙髓炎和牙髓坏死的治疗具有重要意义。在此，四川大学李中瀚、田卫东，电子科技大学陈国庆等人通过三维球体培养，从小鼠牙乳头中鉴定出一组独特的多能干细胞，称为多能牙髓再生干细胞(MDPSCs)。1）MDPSCs表现出增强的成骨/成牙分化能力，可以在体内形成再生的牙本质和神经血管样结构，模仿天然牙齿。2）进一步分析表明，CD24a是MDPSCs的真正标志物，其扩增高度依赖于关键转录因子Sp7的表达。3）最后，在小鼠和人的原代牙乳头中均可检测到CD24a+细胞，提示MDPSCs存在于其天然的龛中。总而言之，该研究已经确定了一组以前未鉴定的多能牙髓再生干细胞，它们具有明确的分子标志物，可用于牙髓炎和牙髓坏死的潜在治疗。
HongChen, et al. Regeneration of pulpo-dentinal–like complex by a group ofunique multipotent CD24a+ stem cells, Science Advances, 2020.DOI:10.1126/sciadv.aay1514https://advances.sciencemag.org/content/6/15/eaay15144. Biomaterials：局部释放血管生成蛋白的工程化人类心肌可改善受损大鼠心脏的血管生成和心脏功能心肌梗死后的心脏再生需要新的心肌细胞和支持性血管网。有鉴于此，美国布朗大学的Kareen L.K. Coulombe等研究人员，评估了将生物材料中的血管生成因子局部输送到植入的肌肉组织内，以引导更致密、更有组织和更灌注的血管供应到植入的工程化人类心脏组织中的有效性，该组织位于缺血/再灌注损伤的大鼠心脏上。1）使用大的、排列整齐的三维工程组织和来自人类诱导的多能干细胞的心肌细胞，胶原基质中含有分散的海藻酸钠微球作为局部蛋白库。2）血管生成生长因子VEGF和bFGF与音猬因子从微球释放到局部微环境中是从心外膜植入部位释放出来的。3）在30天时通过Microfil®灌注和microCT成像对工程组织中的3D血管网络进行分析，结果显示体积网络密度增加，血管直径分布更广泛，分支和长度成比例增加，并且曲折度降低。4）与假手术相比，载有血管生成因子的心脏植入物的整体心脏功能增强。这些发现首次证明了结合肌肉再生和血运重建治疗心肌梗死后心脏再生的功效。
FabiolaMunarin, et al. Engineered human myocardium with local release of angiogenicproteins improves vascularization and cardiac function in injured rat hearts.Biomaterials, 2020.DOI：10.1016/j.biomaterials.2020.120033https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S01429612203027995. AFM：具有抗菌消炎能力的大孔水凝胶敷料用于加速伤口愈合中国海洋大学薛长湖教授和毛相朝教授制备了一种新型大孔水凝胶敷料，可加速伤口愈合和防止细菌感染。实验以琼脂糖为原料，成功地制备了羧甲基琼脂糖(CMA)。CMA分子链可通过氢键交联形成超分子水凝胶，而CMA中的羟基也会与Ag+相结合以促进水凝胶的形成。1）这种水凝胶复合材料具有响应pH和温度的性能，并且能够长时间释放出抗菌剂Ag+。此外，这种水凝胶也具有很好的细胞相容性和血液相容性。2）体内外研究结果表明，该水凝胶具有较强的抗菌和抗炎能力，能显著促进皮肤组织再生和伤口的愈合。研究进一步发现，该水凝胶可以导致炎症过程比正常过程发生得更早，而持续时间更短。鉴于其具有的良好抗菌、抗炎和理化特性，这种水凝胶也有望在细菌相关的创面治疗领域被广泛地应用。
Wen-CanHuang. et al. A Macroporous Hydrogel Dressing with Enhanced Antibacterialand Anti-Inflammatory Capabilities for Accelerated Wound Healing. AdvancedFunctional Materials. 2020DOI:10.1002/adfm.202000644https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.2020006446.Biomaterials：柔性纳米片既能100%抗菌，又能止血！在出血的环境中治疗不规则、复杂的软组织伤口需要开发一种湿粘、止血和抗菌的敷料。为了满足这一需求，美国俄克拉荷马大学毛传斌，华南理工大学施雪涛、陈云华等人设计了一种厚度约为77 nm的柔性纳米片，它由两层组成，一层是用多巴胺(DA)和抗菌肽(AMP)修饰并与作为凝血因子的Ca2+离子混合的抗菌止血明胶，另一层是机械性强的聚己内酯(PCL)。1）这种柔性纳米片表现出很强的机械强度，能在潮湿条件下对不规则组织表面连续有效粘附，并具有很高的血小板粘附能力。此外，该纳米片的凝血时间显著缩短了4min，杀菌率高达近100%。2）使用小鼠背部皮肤和肝脏模型对纳米片进行的体内评估进一步表明，纳米片可以在出血环境中成功地封闭和愈合伤口，有效地控制出血，并在两周内发挥良好的抗菌效果。该工作表明，这种纳米片在治疗急性创伤的出血软组织伤口方面具有巨大的前景。
ChengkaiXuan, et al. Wet-adhesive, haemostatic and antimicrobial bilayered compositenanosheets for sealing and healing soft-tissue bleeding wounds, Biomaterials,2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.1200187. AFM：模拟细胞被保护血管移植物的水凝胶涂层，可防止血栓！新型的生物血管导管，例如脱细胞的组织工程化的血管移植物（TEVG），受到高血栓形成的阻碍。为了模拟内皮细胞（ECs）上存在连续糖胺聚糖层的天然血管的抗血栓形成表面，美国耶鲁大学Laura E. Niklason等人建立了透明质酸（HA）修饰的表面，以有效地保护血小板免受胶原蛋白触发的激活。1）利用直径为4毫米的脱细胞TEVG上存在的胺基，可通过双官能硫醇反应性交联剂构建连续的HA水凝胶涂层，从而避免了非特异性胶原基质的交联。透明质酸水凝胶层重建管腔壁，“隐藏”暴露在血液中的胶原蛋白。2）体外血液测试表明，HA涂层的脱细胞TEVGs上粘附的血小板、纤维蛋白原吸收和血纤蛋白形成明显低于未涂层的脱细胞TEVGs。HA表面在体外也抑制巨噬细胞粘附。3）分别在大鼠和犬模型中使用HA涂层的脱细胞同源大鼠主动脉（直径约1.5毫米）和TEVGs，可防止血栓形成，并保持正常的血流。除此之外，实验还观察到再内皮化。HA涂层的TEVGs可能是即用型小直径血管移植物，且具有双重优势：抗血栓形成保护和促进内皮细胞。
Dimitrievska,S., et al., Glycocalyx‐Like Hydrogel Coatings for Small Diameter Vascular Grafts. Adv.Funct. Mater. 2020, 1908963.
DOI:10.1002/adfm.201908963https://doi.org/10.1002/adfm.2019089638. Nature Commun.：3D打印仿生珊瑚珊瑚已经逐步发展为优秀的光子增强系统，导致空间高效的微藻生长和出色的光合量子效率。藻类自身遮蔽引起的光衰减是微藻养殖规模化的关键限制因素，以珊瑚为灵感的光管理系统可以克服这一限制，促进可扩展的生物能源和生物产品的产生。在此，英国剑桥大学Daniel Wangpraseurt、Silvia Vignolini，美国加州大学圣地亚哥分校Shaochen Chen等人开发了3D打印仿生珊瑚。1）这种仿生珊瑚能够以高达109细胞 mL−1的高空间细胞密度生长微藻。2）这种复合光合生物材料通过3D生物打印平台生产，该平台以微米级的分辨率模拟活珊瑚组织和底层骨骼的形态特征，包括它们的光学和机械特性。因此，可编程的合成微环境允许复制珊瑚-藻共生体的结构和功能特征。该工作定义了一类能够与生物体相互作用的仿生材料，可以用于应用珊瑚礁研究和光生物反应器设计。
DanielWangpraseurt, et al. Bionic 3D printed corals, Nat. Commun., 2020.DOI:10.1038/s41467-020-15486-4https://doi.org/10.1038/s41467-020-15486-49. Angew：DNA纳米结构可作为靶向抗菌药物的工具剑桥大学Clemens Kaminski等人报道了利用DNA折纸纳米结构和适体作为载体，以一种特殊而有效的方式传递抗菌肽溶菌酶。1）研究人员测试了对抗革兰氏阳性（枯草芽孢杆菌）和革兰氏阴性（大肠杆菌）靶标的系统。利用直接随机光学重建显微镜（d STORM）和原子力显微镜（AFM）对DNA折纸的纳米结构进行了表征，利用结构光显微镜（SIM）对折纸与细菌的结合进行了评价。2）研究发现用溶菌酶功能化折纸处理比用游离溶菌酶处理更有效地减缓细菌生长。该研究将DNA折纸作为对抗抗生素耐药性的工具，研究结果证明了纳米结构作为药物载体的特异性和有效性。
Mela,I., et al. DNA nanostructures as a tool for targeted antimicrobial delivery.Angew. Chem. Int. Ed.. 2020.DOI:10.1002/anie.202002740https://doi.org/10.1002/anie.202002740本期纳米生物医学精选周刊共包括14篇文章，涵盖荧光探针，肿瘤及其他疾病诊疗和重要综述等，供大家参考~
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1. 10天连发Science子刊和JACS | 施剑林、杜久林、步文博、熊志奇等在纳米传感器成像技术取得系列进展！
2. 一个月Angew、Sicence子刊等连续发，红细胞膜如何成为解毒圣手！
1. Anal. Chem：单波长激光激发的比率NIR- II荧光探针用于分子成像近红外II区(NIR-II, 1000-1700 nm)荧光(FL)成像已经成为一种具有广阔应用前途的生物成像方式，能够以非常高的分辨率实现对深部组织的无创可视化。吉林大学高识老师、福州大学郭智勇教授和宋继彬教授报道了一种新型的NIR-II FL分子 (SeTT)，该分子对次氯酸(HClO)具有快速、特异的响应能力。1）为了获得该NIR-II比色纳米探针，实验将SeTT修饰在Er3+掺杂的下转换纳米颗粒(DCNP)的表面，构建了DCNP@SeTT纳米探针。在单波长980纳米激光的激发下, SeTT在1150nm的FL信号与DCNP在1550 nm的FL信号的比值 (I1150nm/ I1550 nm)与HClO的浓度呈线性相关，其检测线为0.4 μM。2）实验也成功地利用该比率纳米探针对肿瘤进展过程中的HClO浓度变化进行了研究，并证明了其能够对炎症模型小鼠的腹腔解剖结构进行可视化和定量检测兔骨关节炎模型中的HClO浓度。因此，这一研究所报道的响应型NIR-II纳米探针可以作为一种对生物系统中的HClO进行高敏感的监测和成像的新型高效工具。
参考文献：XiaoguangGe. et al. Single Wavelength Laser Excitation Ratiometric NIR-II FluorescentProbe for Molecule Imaging in Vivo. Analytical Chemistry. 2020DOI:10.1021/acs.analchem.0c00556https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c005562. Anal. Chem：双功能荧光探针用于同时检测脓毒症中的次氯酸盐和单线态氧次氯酸盐(ClO)和单态氧(1O2)在生物系统中普遍共存，并在许多疾病中发挥着重要的作用。为了分析它们之间复杂的相互关系，迫切需要构建一种荧光探针来对生物体内的ClO和1O2进行检测分析。江苏大学龙凌亮副研究员、龚爱华教授和王坤教授首次构建了一个可以同时检测ClO和1O2的荧光探针Hy-2，该探针也具有较高的灵敏度和选择性。（1）探针Hy-2本身会显示出蓝色荧光。而在分别用ClO和1O2对其进行处理后，Hy-2的绿色和红色荧光则会明显增强。同时，探针Hy-2也能在线粒体中积累，因此可以作为一种检测外源性和内源性ClO和1O2的有效工具。（2）实验也首次利用探针Hy-2对结扎和穿刺(CLP)诱导的多菌败血症模型大鼠盲肠组织中的ClO和1O2水平变化进行了同时监测。结果表明，ClO和1O2的表达水平与脓毒症的严重程度密切相关，因此可以推测ClO和1O2的过表达是脓毒症发病的重要因素。这一研究所开发的探针也为进一步探索ClO和1O2在各种疾病中的作用提供了新型的指导工具。
参考文献：LingliangLong. et al. Simultaneous Discrimination of Hypochlorite and Single Oxygenduring Sepsis by a Dual-Functional Fluorescent Probe. Analytical Chemistry.2020DOI:10.1021/acs.analchem.0c00492https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c004923. Biomaterials：双工程化“特洛伊木马”巨噬细胞有效清除肿瘤利用亲瘤性细胞作为药物载体是提高肿瘤治疗特异性和疗效的一种很有前途的策略。然而，传统的基于基因工程细胞的药物递送系统往往只能够启动单模治疗，并且缺乏对肿瘤局部治疗有效载荷释放的精确时空控制，因此可能会造成严重的全身毒性。在这里，华中科技大学王国斌、王征、王琳等人将巨噬细胞通过基因工程编码一种非分泌型的EGFP-TNFα融合蛋白，并在细胞内携带近红外响应热纳米发生器(HIMs)。1）由于巨噬细胞固有的肿瘤向性和HIMs对NIR的光响应性，这些巨噬细胞(HIMs@eMET)可以在肿瘤部位主动聚集，并通过NIR诱导的HIMs介导的光热效应（PTE）进行可控的光热分解。这种热诱导的细胞爆炸能够在时空上控制巨噬细胞释放非分泌的TNFα，从而有效地杀死癌细胞。2）重要的是，在临床前肿瘤模型中，HIMs@eMET主动迁移到肿瘤部位，并显示出增强的抗肿瘤作用，抑制肿瘤生长，显著延长动物的生存时间，而不会引起不良反应。因此，这项研究证明了这种双工程化巨噬细胞在双模癌症治疗中的潜力。
参考文献：LeiHuang, et al. Dual-engineered, “Trojanized” macrophages bio-modally eradicatetumors through biologically and photothermally deconstructing cancer cells inan on-demand, NIR-commanded, self-explosive manner, Biomaterials, 2020.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.1200214. Biomaterials：基于多糖的超分子纳米系统用于多模态肿瘤治疗针对不同疾病的多模态治疗在目前已被广泛研究。其中，光动力-基因联合治疗是一种很有应用前途的肿瘤治疗策略。但传统的化学光敏剂的局限性和两种治疗方法的不同步性也限制了该技术的进一步发展。北京化工大学俞丙然老师和徐福建教授将羟乙基淀粉(HES)、基于低毒性β-环糊精和乙醇胺功能化的聚甲基丙烯酸缩水甘油基酯)(CD-PGEA)以及质粒pKR-p53相结合，构建了多模态治疗试剂HES@PGEA / pKR-p53。1）超分子组装的HES@PGEA具有较低的细胞毒性、良好的细胞内化性和增强的基因转染效率。在p53介导的凋亡治疗和光动力治疗(PDT)中，p53与pKR可在同一肿瘤细胞中同时表达，以实现pKR与p53蛋白的协同作用。2）与单一模式的治疗相比，HES@PGEA/ pkR -p53在4T1肿瘤模型中也表现出了更显著的抗肿瘤作用。
参考文献：ChenXu. et al. Genetically multimodal therapy mediated by one polysaccharides-basedsupramolecular nanosystem. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S01429612203027755. ACS Nano：用于高效安全抗癌免疫治疗的RNA折纸纳米结构核酸纳米技术的快速发展使得合理设计和构建高度可编程的自组装DNA和RNA纳米结构成为可能。我们最近开发了一种可复制的单链RNA折纸(RNA-OG)技术，它允许长RNA分子被编程自组装成各种形状的纳米结构。有鉴于此，美国亚利桑那州立大学的Hao Yan、Yung Chang等研究人员，发现这种RNA-OG在血清/血浆中高度稳定，因此我们开发了它的免疫刺激潜力。1）证明RNA-OG主要通过Toll样受体3(TLR3)途径刺激强大的先天反应。2）在小鼠腹膜转移性结肠癌模型中，腹腔注射RNA-OG通过激活依赖于NK和CD8的抗肿瘤免疫和拮抗腹腔免疫抑制环境而诱导显著的肿瘤延迟或消退。3）与著名的双链RNA类似物多肌苷/多胞苷酸(PolyIC)不同，RNA-OG治疗在动物体内没有引起高水平的I型干扰素，也没有明显的毒性。这项工作确立了RNA-OG作为一种有效的TLR3激动剂的功能，这些激动剂对癌症免疫治疗是安全和有效的。
参考文献：XiaodongQi, et al. RNA Origami Nanostructures for Potent and Safe AnticancerImmunotherapy. ACS Nano, 2020.DOI：10.1021/acsnano.0c00602https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c006026. Biomaterials：TrxR干扰药物递送系统用于肿瘤抗复发/转移及化疗增敏治疗硫氧还蛋白还原酶(TrxR)是一种具有硒代半胱氨酸活性位点的哺乳动物必需酶。TrxR在多种恶性肿瘤中高表达，与肿瘤细胞凋亡、耐药、复发和转移密切相关。最近，TrxR已成为一种有前途的抗癌治疗靶点。在此，清华大学许华平等人开发了一种基于RGD-PEG-PUSeSe-PEG-RGD自组装胶束的TrxR干扰药物递送系统(DDS)，用于成像引导吉西他滨(GEM)化疗增敏和抗复发/转移治疗。1）含有二硒醚的胶束在TrxR刺激下降解以释放GEM。同时，解离聚合物的链段通过Se-Se/Se-S动态反应靶向TrxR的活性位点进行活性抑制。胶束的这种抑制作用不仅提供了化疗增敏作用，而且通过在化疗后触发ROS的产生而诱导残留的肿瘤细胞凋亡，从而降低了肿瘤复发/转移的风险。2）本工作将该课题组开发的含硒动态共价键从体外转化为体内，加深了对硒生物化学的认识，为开发新的TrxR抑制剂提供了方向。总的来说，TrxR干扰DDS结合了对原发性实体瘤的出色抗肿瘤作用和在治疗后护理期间抑制肿瘤复发/转移的作用，为有效的癌症治疗提供了新的视角。
参考文献：Jichun Yang, et al. Anti-recurrence/metastasis and chemosensitization therapy withthioredoxin reductase-interfering drug delivery system. Biomaterials. 2020.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.1200547. ACS Nano：化学-免疫双重疗法治疗初期和转移大肠癌FOLFOX是亚叶酸（FnA），5-氟尿嘧啶（5-Fu）和奥沙利铂（OxP）的组合策略，几十年来一直用作大肠癌（CRC）的标准治疗方法。尽管患者的存活率提高了，但是仍然具有功效低、毒性高和疗程长等诸多缺点。因此，需要开发出新的策略来解决这些问题，方便进一步的临床应用。为此，美国北卡罗来纳大学教堂山分校黄力夫教授团队使用纳米沉淀技术在油包水反向微乳液中开发了AEAA靶向的PEG化脂质纳米颗粒（即Nano-Folox），该Nano-Folox和5-Fu的组合有效地在原位CRC小鼠中实现了化学免疫治疗。1）研究人员通过活性形式的OxP([Pt(DACH)(H2O)2]2+）和FnA形成纳米沉淀物（C26H35N9O7Pt），然后使用纳米沉淀技术将其配制为微乳液中AEAA靶向的PEG化脂质纳米颗粒（即Nano-Folox），实现了OxP衍生物和FnA的共递送。在原位CRC小鼠模型中，Nano-Folox显著促进了铂药物和FnA的血液循环和肿瘤蓄积。新兴证据表明，OxP不仅可以提供抗癌毒性作用，还可以诱导免疫原性细胞死亡。因此，Nano-Folox在原位CRC小鼠中表现出良好的化学免疫治疗活性。2）同时，5-Fu用作游离药物可以促进Nano-Folox的治疗功效。这种化学疗法和免疫疗法的组合有望获得比单药疗法更好的抗癌效果，而且没有显示出毒性。更重要的是，anti-PD-L1 mAb增强了Nano-Folox / 5-Fu体系，进一步延缓了小鼠肝转移的速度。3）这种联合治疗的抗癌机制可能是：a. Nano-Folox中从Pt(DACH)·FnA释放的FnA促进了5-Fu的效力，而5-Fu/ FnA又增加了OxP衍生物的效力；b.Nano-Folox / 5-Fu诱导免疫原性细胞死亡，从而重新编辑免疫抑制肿瘤微环境，使“冷”肿瘤变成“热”肿瘤，并用anti-PD-L1 mAb增强免疫治疗效果。总而言之，就药物载量和活性形式的OxP和FnA的肿瘤蓄积而言，Nano-Folox作为基于纳米颗粒的形式颇具前途，与已报道的基于OxP的纳米颗粒和传统的FOLFOX相比具有明显优势。此外，Nano-Folox/5-Fu策略与免疫检查点抑制剂联合使用，对初级和转移阶段的大肠癌患者具有更高的化学-免疫双重疗效。
参考文献：JianfengGuo et al. Nano Codelivery of Oxaliplatin and Folinic Acid Achieves SynergisticChemo-Immunotherapy with 5-Fluorouracil for Colorectal Cancer and LiverMetastasis. ACS Nano. 2020.https://doi.org/10.1021/acsnano.0c016768. Angew：核-卫星结构的MOF纳米复合材料用于研究妇科肿瘤的血清代谢分析高通量代谢分析在诊断学中具有重要意义，而繁琐的样品预处理也在很大程度上阻碍了其临床应用。华东师范大学万晶晶教授设计了一种FeOOH@ZIF-8复合材料，该材料具有增强的电离效率和尺寸排斥效应，可用于基于激光解吸/电离质谱(LDI MS)的妇科肿瘤代谢诊断。（1）利用FeOOH@ZIF-8进行的LDI MS可以实现快速、灵敏、选择性的天然血清代谢指纹图谱，并且无需任何富集或纯化的步骤。（2）进一步分析表明，该方法可通过提取血清代谢指纹成功地鉴别出妇科肿瘤患者，并能区分出三种主要的GCs亚型。同时该方法也具有低成本、高通量、易操作等优点，因此也一工作也为疾病的诊断和分类提供了一个高效的新策略。
参考文献：CongcongPei. et al. FeOOH@Metal-Organic Framework Core-Satellite Nanocomposites forSerum Metabolic Fingerprints of Gynecological Cancers. Angewandte ChemieInternational Edition. 2020DOI:10.1002/anie.202001135https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2020011359. ACS Nano：双功能等离子体光热生物传感器用于高度精确的COVID-19检测新型冠状病毒病(COVID-19)的持续暴发已在全球蔓延，并对200多个国家的公共卫生构成威胁。对该疾病进行可靠的实验室诊断一直是促进公共卫生干预的首要优先事项之一。常规使用的逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)是目前诊断COVID-19的参考方法。然而，它也报告了一些假阳性或假阴性病例，特别是在新型病毒爆发的早期阶段。有鉴于此，瑞士联邦材料科学与技术实验室的Jing Wang等研究人员，将等离子体光热(PPT)效应和局域表面等离子体共振(LSPR)传感转导相结合的双功能等离子体生物传感器为临床COVID-19的诊断提供了一种新的、有前途的解决方案。1）由互补DNA受体功能化的二维金纳米岛(AuNIs)可以通过核酸杂交对SARS-CoV-2的选定序列进行灵敏的检测。2）为了获得更好的传感性能，在同一个AuNIs芯片上，当其等离子体共振频率被照亮时，产生热等离子体热。局部化PPT热可以提高原位杂交温度，有利于两个相似基因序列的准确识别。3）该双功能LSPR生物传感器对选定的SARS-CoV-2序列表现出很高的灵敏度，检测下限低至0.22 pm，并允许精确检测多基因混合物中的特定靶点。本研究对热等离子体增强技术及其在核酸检测和病毒性疾病诊断中的应用有一定的指导意义。
参考文献：GuangyuQiu, et al. Dual-Functional Plasmonic Photothermal Biosensors for HighlyAccurate Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Detection. ACS Nano,2020.DOI：10.1021/acsnano.0c02439https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.0c0243910. ACS Nano：超分子AIE纳米点用于成像指导的癌症治疗超分子纳米材料作为药物载体，具有高稳定性、强大的包容能力和易被修饰等优点，近来受到广泛的关注。然而，具有长期血液循环，高效肿瘤细胞摄取和在肿瘤细胞内部定向释放药物等综合能力的智能药物仍然相当有限。近日，南开大学丁丹、浙江大学金桥教授报道了一种使用超分子聚集诱导发光（AIE）的纳米点进行成像指导的药物递送策略，整合了AIE和超分子纳米材料的优点，具有增强的癌细胞摄取、可控的药物释放和良好的肿瘤抑制能力。浙江大学计剑教授为文章的共同作者。1）研究人员通过利用对基质金属蛋白酶-2（MMP-2）敏感的PEG肽和功能性α-环糊精（α-CD）衍生物（与抗癌药GEM和基于远红/近红外AIE荧光分子结合）的主客体相互作用，开发了一种超分子AIE点，作为GEM药物的纳米载体。2）超分子AIE点凭借两性离子隐形肽EK6，实现长时间的血液循环。通过增强的通透性和保留效应，在肿瘤组织中大量积累后，超分子AIE点可以连续响应肿瘤过表达的MMP-2和细胞内还原性微环境，从而增强癌细胞的摄取和癌细胞内选择性GEM释放。皮下和原位胰腺癌肿瘤模型的实验结果均显示出优异的肿瘤抑制能力。3）与目前可用的纳米热学体系相比，这项研究的重要性包括：a. 提出一种超分子AIE点的概念，融合了超分子纳米材料和AIE荧光分子在成像指导的药物输送和癌症治疗上的优势；b. 这是极少数的、可以同时实现延长的血液循环和程序化的肿瘤微环境反应性的智能超分子药物纳米载体；c. 尽管已经开发了用于体内胰腺癌治疗的大量药物纳米载体，但是据报道有限的药物纳米载体对原位胰腺肿瘤有效。总之，该研究工作提出新型超分子AIE点的概念，融合了超分子纳米材料和AIE荧光分子在成像指导的药物输送和癌症治疗的优势。这个成功的例子表明超分子纳米平台有望用于开发先进的药物递送系统。
参考文献：XiaohuiChen et al. Supramolecular Aggregation-Induced Emission Nanodots withProgrammed Tumor Microenvironment Responsiveness for Image-Guided OrthotopicPancreatic Cancer Therapy. ACS Nano. 2020.https://doi.org/10.1021/acsnano.0c0219711. ACS Nano：炎症调节纳米刺激剂表面与干细胞的相互作用促进缺血性肌肉修复干细胞移植是近十年来治疗外周动脉疾病的一种有前途的方法。干细胞作为组织再生的旁分泌因子的活生物反应器。预刺激脂肪源性干细胞（ADSCs）被认为是潜在的候选细胞，但在激活其分泌活性以供临床应用方面遇到了挑战。有鉴于此，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Hyunjoon Kong等研究人员，提出将ADSC表面与释放肿瘤坏死因子α（TNFα）的纳米颗粒（称为纳米刺激剂）结合，可以在原位刺激细胞分泌活性。1）通过将十八胺接枝透明质酸与肿瘤坏死因子α的脂质体载体络合来检验这一假说。透明质酸增加脂肪体的稳定性，并与ADSC表面的CD44相关。2）与这些肿瘤坏死因子α（TNFα）载体结合的ADSCs，其促血管生成血管内皮生长因子和免疫调节前列腺素E2（PGE2）的分泌上调，而抗血管生成色素上皮衍生因子的分泌降低。3）因此，与未经治疗的ADSCs相比，纳米刺激剂连接的ADSCs促进了3D微血管芯片中的血管化，并增强了小鼠缺血后肢的灌注、行走和肌肉质量的恢复。这种原位刺激干细胞的表面栓系策略将取代昂贵而繁琐的预处理过程，并加速干细胞在各种损伤和疾病的临床应用。
参考文献：JiayuLeong, et al. Surface Tethering of Inflammation-Modulatory Nanostimulators toStem Cells for Ischemic Muscle Repair. ACS Nano, 2020.DOI：10.1021/acsnano.9b04926https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b0492612. Biomaterials：基于白细胞膜搭便车策略，自驱动仿生纳米载体用于动脉粥样硬化早期检测和治疗动脉粥样硬化作为一种沉默的杀手，由于缺乏有效的早期发现和靶向治疗策略，仍然是全球范围内导致人类发病和死亡的最常见原因之一。在此，北京理工大学谢海燕等人开发了一种自驱动的仿生纳米载体，它可以同时进行多靶点、双模式治疗以及无创磁共振成像(MRI)，从而精确地管理早期动脉粥样硬化。1）具有良好超顺磁性的磁性纳米簇(MNCs)被白细胞膜伪装起来，从而在动脉粥样硬化早期病变中获得靶向和移行内膜泡沫细胞的能力，这一点通过特制的微流控装置和Transwell分析得到了验证。2）依次嵌入抗炎药辛伐他汀(ST)和修饰靶向性载脂蛋白A-I模拟4F肽(AP)后，制备的MNC@M-ST/AP通过RCT途径减轻炎症和氧化应激，促进胆固醇外流，显示出良好的抗动脉粥样硬化作用。这种受生物启发的白细胞膜搭便车策略将为未来生物相容性纳米系统在动脉粥样硬化的早期检测和治疗中的临床转化开辟新的前景。
参考文献：GuanghaoWu, et al. A self-driven bioinspired nanovehicle by leukocytemembrane-hitchhiking for early detection and treatment of atherosclerosis,Biomaterials, 2020.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.11996313. Adv. Mater：设计利用肿瘤微环境的刺激响应型上转换纳米颗粒国家纳米科学中心陈春英研究员综述介绍了可以利用肿瘤微环境和细胞内信号的刺激响应型上转换纳米颗粒的相关研究进展。1） “定制”个性化的癌症纳米药物需要对肿瘤微环境进行详细的研究。近年来，研究人员设计了一系列能够利用肿瘤微环境以实现精准的智能上转换纳米颗粒。而为了激活上转换纳米颗粒，研究人员也将肿瘤微环境中的各种生物理化特性，如酸性pH环境、氧化还原反应体和乏氧等作为刺激因子。2）同时，这类刺激响应型上转换纳米颗粒也可以利用肿瘤中过量的三磷酸腺苷(ATP)、核黄素和Zn2+等。最后作者也认为，充分了解肿瘤微环境和实现对上转换纳米颗粒的个性化设计也将有助于推动这一技术的临床转化。
参考文献：MuhammadOvais. et al. Designing Stimuli-Responsive Upconversion Nanoparticles thatExploit the Tumor Microenvironment. Advanced Materials. 2020DOI:10.1002/adma.202000055https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20200005514. Adv. Mater：将系统生物学与纳米材料工程相结合以实现肿瘤精准医学许多针对于癌症的精准医学临床实验都会遇到耐药性和疗效低下等问题。肿瘤的耐药性通常是由癌细胞生物分子网络内复杂的代偿性调节所引起的。最近，系统生物学研究已经建立和模拟了这种复杂的网络，进而有希望揭示耐药性的产生机制，并能够发现一些新的药物靶点或者通过联合治疗来克服肿瘤的耐药性。韩国先进科学技术研究院Kwang-Hyun Cho综述介绍了将系统生物学与纳米材料工程相结合以用于癌症精准医学进而克服耐药性和患者异质性所导致的疗效低下等问题的相关研究。（1）目前许多已确定的靶点或治疗方法在药物开发和临床应用等方面都存在着缺陷。而纳米载体则有望利用不具备成药性的靶点或联合治疗的方法，以实现传统的药物递送所不具备的功能。（2）同时由于癌症患者存在异质性，纳米医学所面临的另一大临床挑战就是疗效低下。而这个问题也可以通过系统生物学的方法来解决，即为特定的患者设计个性化的靶点和增强药物反应等。
参考文献：Jae Il Joo.et al. Realizing Cancer Precision Medicine by Integrating Systems Biology andNanomaterial Engineering. Advanced Materials. 2020DOI:10.1002/adma.201906783https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2019067831. Nano Lett.：混合材料可实现柔性和可伸缩的智能传感器柔性应变传感器随着其在人机界面、软机器人、医疗监护等领域的迅速发展，得到了广泛的研究。有鉴于此，西北工业大学的黄维院士、JixinZhu等研究人员，首次报道了一种新的原位催化制备金属气凝胶杂化材料的策略，它是由垂直排列的碳纳米管阵列(VN/CNTs)修饰的氮化钒(VN)纳米薄片组成的。1）在这种结构中，二维氮化钒纳米片作为主要的骨结构，由于其在重复变形过程中具有良好的结构兼容性，因此对于柔性器件是有利的。此外，夹层气凝胶杂化材料形成了高导电性的3D网络，为应变响应行为提供了卓越的灵敏度。2）在此基础上，成功制作了VN/CNTs基柔性应变传感器，在10%的小应变范围内具有386的高应变率、快速的响应速度和优异的耐久性。文中还介绍了物理信号的监测和基于传感器的实际人机实时控制系统。
HongjianZhang, et al. Metallic Sandwiched-Aerogel Hybrids Enabling Flexible andStretchable Intelligent Sensor. Nano Letters, 2020.DOI：10.1021/acs.nanolett.0c00372https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c003722. PNAS：基于全纳米纤维的超灵敏心脏信号监测传感器长期连续监测心脏信号的机械声对于心血管疾病的早期诊断至关重要，但是这些人体声学的强度和频率都很低，并且长时间连续监测它们需要超灵敏、轻巧和透气的机械声传感器。为此，日本东京大学Takao Someya教授课题组设计了一种具有卓越性能的全纳米纤维的机械声传感器，能够长时间连续监测机械声心脏信号。1）灵敏度高。这种全纳米纤维机械声传感器，是通过制造超薄（2.5 μm）的纳米纤维电极层并形成多层纳米纤维传感器结构来实现的，该传感器结构可在声波施加期间产生较大的振动。它在低频区域（<500 Hz）中灵敏度高达10050.6 mV Pa-1。2）超轻，透气性好。因为每层都是纳米纤维结构，其有效质量密度显著降低，传感器的总重量可达5 mg甚至更小。并且，传感器显示出极好的透气性（12.4 kg-m-2·d-1），适合长期穿戴。3）耐用。纳米纤维材质足够耐用、机械强度好，能够抵抗重复弯曲（1,000次循环），并且可在110分贝的高强度连续施加声波的情况下，稳定运行27小时。对信噪比高达40.9 dB的机械声心脏信号进行连续长期（10 h）监测的实验证明，该全纳米纤维传感器具有用于长期心脏监测的优越性该研究工作报道的基于全纳米纤维的，超灵敏、超轻、可透气的机械声传感器的设计，显示出卓越的性能，并可用于连续长期监测心脏信号。将来，在高声压区域中使用超灵敏性能可能会为传感器在语音控制安全性方面的应用开辟新的机会，用于下一代人机界面（HMI）和环境噪声声音采集。
MdOsman Goni Nayeem et al. All-nanofiber–based, ultrasensitive,gas-permeable mechanoacoustic sensors for continuous long-term heartmonitoring. PNAS. 2020.https://doi.org/10.1073/pnas.19209111173. ACS Nano：受仙人掌刺启发的超湿性微刺芯片用于生物传感在微流控生物芯片的临床检测中，没有额外能量输入的定向液滴传输仍然是一个挑战。在此，受仙人掌刺椎集水行为的启发，中国科学院理化技术研究所王树涛、北京大学第三医院马潞林、北京科技大学许利苹、深圳大学Xueji Zhang等人制备了基于纳米材料的超湿性微刺(SMS)芯片。1）仿生SMS芯片通过协同几何不对称性和表面超亲水性，能够实现自发和定向地传输液滴。根据理论模型，由于SMS芯片的几何不对称性引起的拉普拉斯压力梯度可以控制液滴的定向传输，纳米材料微刺的超亲水性也有助于液滴的自传输。2）多微通道SMS芯片提供了一种简单、节能的技术，可以实现前列腺癌患者血清前列腺特异性抗原(PSA)的准确检测，显示出作为临床应用生物传感平台的巨大潜力。综上所述，这种受生物启发的超湿性二维圆锥表面将为智能微流控器件的设计提供有效的手段，并在多组分生物传感和临床检测方面具有巨大的应用潜力。
Yanxia Chen, et al. Bioinspired SuperwettableMicrospine Chips with Directional Droplet Transportation for Biosensing, ACSNano, 2020.DOI: 10.1021/acsnano.0c00324https://doi.org/10.1021/acsnano.0c003244. AM:光一照，这只蜈蚣就动起来了！碰它竟然还有感觉？生物能够通过反射驱动的途径感知和响应环境。在微型机器人中模拟这种自然智能的最大挑战在于实现高度集成的身体功能、驱动和传感机制。于此，新加坡国立大学Ghim Wei Ho等人提出了基于智能薄膜复合材料的体感光驱动机器人（SLiR），该材料紧密集成了驱动和多传感功能。1）SLiR包含了光致动器换能器下的热/压电响应和压阻应变感，可同时感知其体温和致动变形状态，而不会对其产生干扰。当与kirigami（一种日本古老的剪纸艺术）结合时，紧凑的薄膜有助于快速定制可变形、移动和多机器人功能的低高度结构。例如，SLiR步行者可以在不同的表面上向前移动，同时对其详细的机车步态和微妙的地形纹理提供反馈，SLiR拟人手显示出协调的机械感受、热感受、本体感受和光感受产生的身体感觉。2）还演示了用SLiR蜈蚣进行的无张力操作，它可以执行从定向运动、多角度到无线人与环境交互的不同的、局部的身体功能。这种具有综合感知和运动能力的SLiR，为在软机器人中发展多种智能行为提供了新的机会。
Wang, X.‐Q., et al., Somatosensory,Light‐Driven, Thin‐Film RobotsCapable of Integrated Perception and Motility. Adv. Mater. 2020, 2000351.DOI: 10.1002/adma.202000351https://doi.org/10.1002/adma.2020003515. JACS：基于AIE的荧光探针实现指纹超细节成像指纹是每个人一生中唯一不变的特征，是每个人的“身份证”和“信息库”，因此成为刑事案件中的宝贵证据。潜在指纹（LFP）则是由手指触摸物体而形成的，它们被汗液覆盖，是犯罪现场最常见的指纹类型，肉眼几乎看不见。因此，LFP的发展对于解决刑事案件至关重要。目前，常规的LFP显影方法包括粉尘法、发烟法和化学法等。但是，这些方法常常受到对比度低、灵敏度低、选择性差、背景干扰大、毒性高等缺点的限制。 为此，华中科技大学朱明强教授和李冲等人近日合成了具有聚集诱导发光活性的水溶性探针TPA-1OH，实现了潜在指纹的便捷实时荧光原位可视化，甚至可以辨认到指纹的三级特征。1）这种基于聚集诱导发光（AIE）的红色LFP荧光探针TPA1-OH具有亲疏水分子结构。其在纯水溶液中由于非辐射能量转移不显示荧光，而当其疏水末端附着到指纹的脂质分泌物上时会产生强烈的红色荧光。无需添加有机助溶剂，也无需后处理，只要通过浸入或喷涂TPA-1OH的水溶液（30μM），即可以在405 nm的光照下，在各种材质（包括粗糙表面，如墙壁、砖和纸）上显影：在几秒钟内观察到指纹轮廓，在30 s内可以观察到具有高对比度和分辨率的清晰指纹图案。由于TPA-1OH具有“开关”的特性，使得LFP的实时荧光原位可视化得以成功实现。而且，浓度低于50μM的探针无明显细胞毒性。
2）LFP的可视化图像可以通过法医指纹带完全收集，有利于弯曲材质上的指纹采集。可视化图像和LFP指纹图像都可以提供指纹的一至三级特征，可以为识别个人身份提供可靠的证据。LFP的三级特征，例如指纹脊的宽度和汗孔的特征可以用荧光显微镜观察。对于不完整的LFP，可以通过分析其三级特征（例如二维方向上的汗孔的数量和位置分布以及指纹脊的宽度）来确定个人身份。LFP的纳米级别上的特征可以通过光学分辨率低于50 nm的超分辨率显微镜获得，这是前所未有的。综上，该研究工作设计的LFP荧光探针，有望成为一些模糊且难以辨认的指纹指示器，以方便法医提取嫌疑人的DNA信息。可以预期，该研究将在不久的将来在犯罪现场被有效使用。
Ya-Long Wang et al. Real-Time Fluorescence In Situ Visualization ofLatent Fingerprints Exceeding Level 3 Details Based on Aggregation-InducedEmission. JACS. 2020.https://doi.org/10.1021/jacs.0c00124
