Science等35篇 | 唐本忠、樊春海、彭孝军、Langer、Mitragotri、陈小元、梁兴杰、张先正等人最新研究进展
NanoLabs
1. 哈佛大学两院院士Mitragotri：背包上“战场”，巨噬细胞武装攻下肿瘤！
2. 11篇Science子刊同期上线，生物(纳米)材料用于治疗肿瘤和再生 | 俞书宏、罗忠、陈晓、毛峥伟、周以侹等人最新研究成果
3. 一篇PNAS，两院院士获得400万美元投资，成就一家生物材料公司！
4. 2019年中国高被引学者榜单出炉！赵宇亮、谭蔚泓、彭孝军、施剑林、陈学思、俞书宏、樊春海、李景虹等人入选！
5. 从19篇NS正刊中，看生物功能材料走向 | 鲍哲南、Langer、Rogers、黄永刚、龚剑萍、徐文涛、徐婷等人近年成果
6.模仿天然，优于天然 | 王磊等人利用纳米变形，困住细菌！效果超过黄金标准治疗法
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。
1.JACS: 工程细胞折纸团簇用于编程细胞间通信
以团簇形式存在的细胞往往表现出与单分散形式不同的生理功能，它们与组织器官发育、免疫反应和肿瘤转移密切相关。然而，作为探测和操纵细胞间通讯的体外模型，构建人工细胞簇的能力仍然有限。于此，上海交通大学樊春海院士和上海高等研究院李江等人设计了基于DNA折纸纳米结构（DON）的仿生膜通道来组织具有受控几何构型和细胞间通讯的细胞折纸簇（COC）。
本文要点：
1）研究证明，不同构型的同型和异型COCs的可编程模式可导致三种不同类型的细胞间通信：间隙连接、隧道纳米管和免疫/肿瘤细胞相互作用。
2）特别是T细胞和癌细胞按规定的比例和几何结构组织，可以编程体外免疫应答，为理解和工程化癌症免疫治疗提供了新途径。
ZhileiGe, et al. Programming Cell–Cell Communications with Engineered CellOrigami Clusters. Journal of the American Chemical Society 2020.
DOI:10.1021/jacs.0c01580
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01580
2.JACS：控制DNA杂交链反应
美国西北大学Chad A. Mirkin院士等人报道了一种使用杂交链反应（HCR）控制亚稳态DNA发夹寡聚的新方法。
本文要点：
1）通过在发夹的双链体中引入碱基对错配来实现控制。错配修饰使得人们可以在动力学上区分引发事件与传播事件，从而导致DNA寡聚体的长度长达10个单体，并将分散度从2.5提高至1.3-1.6。
2）重要的是，即使经过两次连续的扩链，分散度也不会受到影响，这表明可以实现结构清晰的嵌段共聚体。作为概念验证，然后将该技术应用于用突变绿色荧光蛋白功能化的发夹单体，以制备蛋白寡聚物。
综上所述，这项工作介绍了一种有效的方法来控制活性大分子HCR寡聚，其方式类似于小分子的可控聚合。
C.Adrian Figg, et al. Controlling the DNA Hybridization Chain Reaction. Journalof the American Chemical Society 2020.
DOI:10.1021/jacs.0c02892
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02892
3.JACS:DNA折纸辐射计，用于测量紫外线暴露
紫外线（UV）长期以来被认为会损害核酸。在这项工作中，中国科学院上海应用物理研究所王丽华和同济大学柳华杰等人，其中，樊春海院士为共同作者，开发了一个DNA折纸辐射计，通过监测DNA折纸纳米结构的形态演变来测量紫外线照射。
本文要点：
1）不同于线性DNA链在紫外线照射下往往会降解成小段，DNA折纸的结构复杂性和链间连接性显著改变了UV诱导的DNA损伤的途径。
2）对于DNA折纸，无论其形状和大小，都可以观察到其膨胀、变形和最终分解的一般途径；然而，变形动力学与纳米结构中的刻痕数量正相关。这种依赖于结构连续性的变形可以转化为基于DNA的辐射计，用于测量环境中的紫外线剂量。
WeinaFang, et al. DNA Origami Radiometers for Measuring Ultraviolet Exposure. Journalof the American Chemical Society 2020.
DOI:10.1021/jacs.0c01254
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c01254
4.AFM:蛋白质水凝胶，既促血管化又抗菌
蛋白质是所有组织的关键组成部分，由于其优越的生物相容性和低的免疫原性，在组织工程中也得到了广泛的应用。然而，天然蛋白质通常缺乏血管化、骨诱导和神经分化等活性功能，限制了其作为功能性生物材料的进一步应用。上海交通大学医学院邓廉夫、崔文国、刘志宏等人根据牛血清白蛋白的模拟细胞外基质特性，通过巯基与银离子（Ag+）的协同交联，成功构建了具有血管化和抗菌能力的可注射多肽-蛋白质水凝胶，用于感染创面的再生。
本文要点：
1）在这种蛋白质水凝胶体系中，（Ag+）作为交联剂，不仅能提供无菌的微环境和强大的抗菌能力，而且能引入K2（SL）6K2（KK）多肽，赋予水凝胶血管化行为。
2）此外，体内数据显示，多肽-蛋白质水凝胶在伤口愈合早期具有相当的胶原沉积和血管化能力，导致以新毛囊为特征的快速新组织再生。
总之，这种新开发的具有血管化、抗菌特性和促进毛囊生长的多功能3D多肽-蛋白质水凝胶在感染性伤口愈合等生物医学领域具有广阔的应用前景。
Cheng,L., et al., Injectable Polypeptide‐Protein Hydrogels forPromoting Infected Wound Healing. Adv. Funct. Mater. 2020, 2001196.
https://doi.org/10.1002/adfm.202001196
5.ScienceAdvances：利用颗粒干细胞球，解决瓶颈问题
在再生医学中，发展仿生重建血管网络的新方法仍然是一个挑战。南开大学黄兴禄、孔德领等人介绍了一种基于颗粒的人工干细胞球体（artificial stem cell spheroid, ASSP）技术，该技术重组了三维（3D）SSP的旁分泌功能，用于血管再生。
本文要点：
1）具体来说，研究人员采用一种简便的方法诱导干细胞聚集成三维球体，这得益于缺氧微环境驱动和促血管生成生物活性因子分泌的增强。此外，通过将SSP分泌因子整合到具有细胞膜衍生表面涂层的微/纳米颗粒中，人工重建了三维球体（即ASSP）。
2）ASSP微粒易于控制的大小为缺血组织提供了良好的血管重建效果，即通过在后肢缺血模型中局部注射ASSP微粒，以及在心肌梗死模型中通过全身注射ASSP纳米粒。该策略为缺血组织再生提供了一种有希望的治疗选择，并解决了递送干细胞治疗的发展中遇到的瓶颈问题。
ZhangR, et al. Particle-based artificial three-dimensional stem cell spheroids forrevascularization of ischemic diseases. Science Advances. 2020;6(19):eaaz8011.
DOI:10.1126/sciadv.aaz8011
https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaaz8011
6.Biomaterials：粘弹性PEG化支架用于增强软骨再生
关节软骨或软骨下骨的缺损会破坏关节的结构完整性和功能。上海第九人民医院蔡卜磊和沈国芳、华东理工大学袁媛教授和刘昌胜教授通过一种无溶剂尿烷交联和室温下自发成孔的方法制备了一种交联度可控、具有分级的宏观和微观孔隙度的聚乙二醇化聚(甘油癸二酸酯)(PEGS)支架。
本文要点：
1）实验结果表明，具有较低交联程度的粘弹性PEGS-12h可以显著刺激软骨细胞分化和维持软骨细胞表型，并能够更好地提高软骨基质分泌以增强软骨再生。在此基础上，实验将PEGS-12h与介孔生物活性玻璃(MBG)相结合，构建了一种双功能PEGS/MBG双层支架，并对其在体内治疗全层骨软骨缺损模型的效果进行了评价。
2）研究结果表明，该PEGS/MBG双分子层支架可在12周内成功地对完整的关节透明软骨及其软骨下骨进行重建，由此证明这种粘弹性的PEGS/MBG双层支架是一种促进软骨和骨软骨再生的良好生物材料，并有望在未来实现临床转化。
DanLin. et al. A viscoelastic PEGylated poly(glycerol sebacate)-based bilayerscaffold for cartilage regeneration in full-thickness osteochondraldefect. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303410
7.AFM：基于褪黑素的仿生支架用于肌肉再生
创伤所致的容积性肌肉丢失（VML）因其发病率高、愈合时间长、持续时间长而直接影响患者的生活质量。组织工程支架已广泛应用于大面积肌肉损伤患者的肌肉再生。褪黑素(MLT)是松果腺分泌的一种生物活性物质，可通过抑制氧化应激和炎症来促进肌肉恢复。在此，上海交通大学袁伟恩、岳冰、曲新华等人利用巯基化透明质酸(HA-SH)、Ⅰ型胶原(COLⅠ)和聚己内酯/褪黑素(PCL/MLT)电纺膜制备了一种生物相容性支架。
本文要点：
1）通过将PCL/MLT电纺膜包封于HA-SH/COL水凝胶中，制备了一种仿生层状支架。这种新颖、易操作且经济高效的支架完美地模仿了天然肌肉的细胞外基质(ECM)和结构特征，具有适当的力学性能和刚度，并促进了血管化。
2）它能为C2C12细胞提供黏附位点，并诱导其增殖和分化。MLT被用来清除自由基，保护细胞免受氧化损伤。
3）此外，还建立了VML大鼠模型，评价其对肌肉再生的影响。结果表明，该支架对VML具有一定的实际应用价值。
YangXu, et al. Melatonin‐Based and Biomimetic Scaffold as Muscle–ECMImplant for Guiding Myogenic Differentiation of Volumetric Muscle Loss, Adv.Funct. Mater. 2020.
DOI:10.1002/adfm.202002378
https://doi.org/10.1002/adfm.202002378
8.Biomaterials：含有全长纤维粘连蛋白的工程化3D水凝胶，可以隔离和呈现生长因子
细胞外基质(ECM)衍生的基质可用于体外培养多种细胞类型，因为它们囊括了支持细胞生长、组织、迁移和分化的ECM特性。这些ECM衍生的基质含有多种生长因子(GF)，使它们具有很高的生物活性。然而，它们有批次到批次的变异性、成分不确定和缺乏可控的物理性能等缺点。因此有必要开发设计合理的生物材料，使其也能囊括ECM的作用。在此，英国格拉斯哥大学Manuel Salmeron-Sanchez等人报告了基于纤维粘连蛋白(FN)的3D水凝胶的开发，这种水凝胶具有可控的硬度和降解性，其中包括全长FN，以使GF能够以生理方式固相呈现。
本文要点：
1）作为概念的证明，展示了两个在细胞和组织工程中重要应用的例子：体外血管化研究和体内骨再生。
2）该水凝胶含有全长人类FN，可实现GF超低剂量的固相呈现。特别是，用PEG-马来酰亚胺对FN蛋白进行官能化(即全长FN的PEG化)，以便将该蛋白共价交联到合成的水凝胶网络上。
3）体外和体内分别证明了在这些水凝胶中加入血管内皮生长因子(VEGF)和骨形态发生蛋白2(BMP2)来促进血管生成和骨再生的效果。这些水凝胶代表了3D细胞培养中结构精准、可重现的、合成的微环境设计的阶段性变化，其中包含生长因子以实现功能效果。
SaraTrujillo, et al. Engineered 3D hydrogels with Full-length Fibronectin thatSequester and Present Growth Factors, Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120104
9.如何设计生物材料，才能减弱免疫排斥反应？该课题组连发2篇顶刊或找到对策(点击阅读)
人工关节、支架和牙科植入物是使用生物材料来恢复功能或完全替换患病或受损组织的最常见设备。然而，生物材料植入体内后，宿主反应很常见，包括炎症、异物反应（FBR）和纤维囊发育等反应，这些反应可导致植入失败。这些反应是由附着在植入物表面的单核细胞和巨噬细胞的免疫细胞的激活所驱动的。已知材料或植入物表面上的物理特征（称为“形貌”）会影响巨噬细胞的附着。
问题来了，科学家和临床医生一直希望可以减弱人体对外植物产生免疫排斥反应，那什么样的聚合物表面会减弱免疫排斥反应呢？
近日，诺丁汉大学药学院Morgan R.Alexander联合生命科学学院Amir M.Ghaemmaghami的研究小组发现，可以改变聚合物材料的表面形状（形貌）和化学组成，以制造出控制人体免疫反应的材料。这可能在对抗包括人工关节、牙科植入物和血管植入物在内的医疗器械的排斥反应方面有着未来的应用。两项最新研究的结果已发表在Advanced Science和Matter上。
1.Vassey, M.J., et al., Immune Modulation byDesign: Using Topography to ControlHuman Monocyte Attachment and MacrophageDifferentiation. Adv. Sci. 2020.
https://doi.org/10.1002/advs.201903392
2.Rostam HM, et al. Immune-InstructivePolymers Control Macrophage Phenotype andModulate the Foreign Body ResponseIn Vivo. Matter. 2020.
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.03.018
纳米医学
荧光探针
1. Adv. Sci：纳米温度计用于深部组织成像
开发在近红外（NIR）II区(1000 -1350 nm)中具有明亮、稳定和良好生物相容性等优点的荧光造影剂对于实现组织内深部结构(如肿瘤)的成像来说具有重要意义。同时，这些功能性造影剂还能提供局部的温度信息。苏黎世联邦理工大学Sotiris E.Pratsinis制备了一种掺杂Mn5+的水分散磷酸钡纳米颗粒，并将其作为一种发射峰在NIR-II (1190 nm)区和对温度敏感的荧光造影剂。
本文要点：
（1）实验详细评估了该造影剂的稳定性和对三种细胞系(HeLa, THP-1, NHDF)的毒性，并利用其进行了大约3厘米深的组织成像。
（2）研究结果表明，该造影剂具有很高的量子产率(高达34%)和优异的温度敏感性，因此可以同时进行深度的组织成像和局部温度测定。
参考文献：PascalM. Gschwend. et al. Simultaneous Nanothermometry and Deep-Tissue Imaging.Advanced Science. 2020
DOI:10.1002/advs.202000370
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000370
2. Anal. Chem：次磺酸介导的线粒体靶向近红外荧光探针用于延长肿瘤成像时间
线粒体在能量产生和细胞凋亡通路中都起着关键作用，而靶向线粒体的治疗策略也被认为是一种高效的癌症治疗方法。因此，通过在时空上调控线粒体内的诊疗试剂使其实现长期的滞留对于癌症的诊断和治疗来说具有重要的意义。苏州大学史海斌教授首次报道了一种在可在线粒体内被控制和固定的响应型探针，并利用这一策略延长了对肿瘤的成像时间。
本文要点：
（1）实验设计合成了一种以近红外染料(Cy5)为信号基础，以三苯基膦阳离子(TPP)为线粒体靶向配体，以对次磺酸响应的1,3-环己二酮为线粒体固定基团的新型近红外探针DATC。该探针对线粒体具有良好的靶向性，并可用于对线粒体内源性的蛋白磺酸进行特异性成像。
（2）此外，在氧化应激的条件下，该探针可通过与氧化蛋白上磺酸进行特异性反应和共价结合，从而自发地固定在位点上，导致其被细胞的摄取效果增强，滞留时间也会延长。研究结果表明，这种将探针靶向定位和固定于线粒体上的策略也为实现对肿瘤的长期成像和治疗提供了新的思路。
参考文献：YinjiaGao. et al. Sulfenic Acid-Mediated on-Site-Specific Immobilization ofMitochondrial-Targeted NIR Fluorescent Probe for Prolonged Tumor Imaging.Analytical Chemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.9b05855
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b05855
肿瘤诊疗
3. Chem. Mater：通过增强的上转换发光指导协同的抗肿瘤治疗
西安电子科技大学吕锐婵教授设计了一种新型线粒体成像探针，该探针是一种具有可调的长宽比和增强的上转换发光(UCL)性能的纺锤体纳米复合材料，并可用于协同的免疫-光动力抗癌诊疗。
本文要点：
（1）实验将金纳米粒子逐层包覆在针状探针表面，使得该探针在近红外光激发下具有更好的UCL增强效果，并且通过离散偶极子散射计算可以准确地预测其表面等离激元共振峰。线粒体成像实验表明，修饰有EDTMP的探针具有很好的生物相容性，可以实现对线粒体的实时动态成像。
（2）此外，实验也将抗CTLA -4单克隆抗体作为免疫检查点阻断试剂以促进免疫反应的激活，同时和光动力疗法(PDT)相结合以协同杀灭癌细胞。
参考文献：Bi Lin.et al. Enhanced Upconversion Luminescence Guided Synergistic Antitumor TherapyBased on Photodynamic Therapy and Immune Checkpoint Blockade. Chemistry ofMaterials. 2020
DOI:10.1021/acs.chemmater.0c01031
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.0c01031
4. Biomaterials：可被APN激活的近红外光敏剂用于肿瘤光动力治疗和荧光成像
光动力疗法是近年来发展起来的一种有效的癌症治疗策略。然而，传统的光敏剂对肿瘤缺乏特异性的识别能力，因此会对正常组织产生严重的副作用，而可被酶激活的光敏剂由于能够实现对肿瘤的高选择性而有望解决这一难题。APN (Aminopeptidase N, APN/CD13)是一种肿瘤标志物，由于其在多种肿瘤细胞膜表面会高表达，因此已成为一种重要的研发抗肿瘤药物和荧光探针的靶点。大连理工大学龙飒然老师和彭孝军院士首次开发出一种用于肿瘤成像和光动力治疗的近红外(NIR)光敏剂APN-CyI，并将其在体内外进行了成功的应用。
本文要点：
（1）研究表明，APN-CyI可被肿瘤细胞中的APN激活，进而水解生成荧光CyI-OH。在近红外光的照射下，存在于癌细胞线粒体中的CyI-OH具有较高的单态氧产率，可有效诱导癌细胞发生凋亡。
（2）实验结果表明， APN-CyI能够在体内实现近红外荧光成像 (λem=717nm)，并且在近红外光照射下也具有高效的肿瘤抑制效果。
参考文献：XiaoZhou. et al. An APN-activated NIR photosensitizer for cancer photodynamictherapy and fluorescence imaging. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220303355
5. AFM：集六种功能于一体的纳米载体了解一下！
单纳米载体具有诊断、有效治疗致命转移性实体恶性肿瘤，以及调节肿瘤微环境等内在特性，在构建简单有效的多模纳米诊疗系统方面具有广阔的前景。在此，中国科学院长春应用化学研究所姜秀娥等人采用直接热水解法制备了多笼IrOx纳米载体，该载体具有良好的声-光动力学响应，优异的宝石光谱计算机断层扫描成像、光声(PA)成像能力，万能负载和精确的药物释放性能。
本文要点：
（1）：作为概念验证，构建了一种简单负载阿霉素的宝石光谱计算机断层扫描/PA/荧光成像引导氧自给自足的声-光-化疗纳米制剂。
（2）：显著的协同治疗和优良的缺氧释放能力可以清除皮下和前哨淋巴结转移肿瘤，并有效地抑制肿瘤的复发和肺转移，从而大大延长生存期。
这项研究为构建“六合一”(三种治疗模式和三种成像方式)肿瘤诊疗系统提供了一个有吸引力的候选方案。
参考文献：WenyaoZhen, et. Multi-Caged IrOx for Facile Preparation of “Six-in-One” Nanoagent forSubcutaneous and Lymphatic Tumors Inhibition against Recurrence and Metastasis,Adv. Funct. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adfm.202002274
https://doi.org/10.1002/adfm.202002274
6. Angew：酶触发分解的智能纳米簇实现深度光动力治疗
光动力疗法(PDT)在癌症治疗中显示出巨大的潜力，但仍存在非特异性光敏性、光敏剂穿透性差等问题。在此，北京化工大学尹梅贞等人报告了一种具有酶触发分解功能的基于苝单酰亚胺的智能纳米簇，作为一种可激活、可深度穿透的光敏剂。
本文要点：
1）合成了一种新型的羧酸酯酶(CE)响应型四氯苝单酰亚胺(P1)，并将其与叶酸修饰的白蛋白组装成直径约100 nm的纳米团簇(FHP)。
2）一旦P1被肿瘤特异性CE水解，FHP就会分解成超小的纳米颗粒(约10 nm)，从而促进FHP对肿瘤的深度穿透。
3）此外，这种酶触发的FHP分解导致荧光强度增强(约8倍)和单线态氧产生能力提高(约4倍)，从而实现原位近红外荧光成像和促进PDT。FHP可通过影像引导、激活和深度PDT，以最小的副作用在体内实现显著的肿瘤抑制。这项工作证实了这种通过酶触发的分子分解的级联多功能控制是精确癌症治疗的有效策略。
参考文献：YangCai, et al. Enzyme-Triggered Disassembly of Perylene Monoimide-basedNanoclusters for Activatable and Deep Photodynamic Therapy, Angew. Chem. Int.Ed., 2020.
DOI:10.1002/anie.202001107
https://doi.org/10.1002/anie.202001107
7. AM：配位聚合物纳米点用于MR/荧光成像引导放射/光动力学治疗
近年来，基于纳米药物的联合治疗在肿瘤学领域取得了巨大的进展，提供了比单一疗法更好的安全性和有效性。设计由已经批准的显像剂和治疗剂组成的治疗药物是至关重要的。在此，厦门大学陈洪敏教授和美国国立卫生研究院陈小元研究员等人报道了钆(Gd)- 孟加拉玫瑰红配位聚合物纳米点(GRDs)，用于成像引导的肿瘤治疗。
本文要点：
1）GRDs表现出独特的吸收特性，发光增强7.7倍，以及单线态氧产生效率比游离孟加拉玫瑰红提高1.9倍。
2）同时，GRDs的r1弛豫率比Gd-DTPA增加了两倍，并且比单独的孟加拉玫瑰红有更好的X射线吸收能力。
3）GRDs的这些优异性能在体外和体内都得到了验证。光动力疗法(PDT)和放射疗法(RT)联合治疗比单一疗法(即PDT或RT)更能有效地抑制肿瘤生长。这项工作为设计和合成用于成像引导的肿瘤治疗的基于Gd的纳米药物提供了一条新的途径。
参考文献：WenjingSun, et al. Gadolinium–Rose Bengal Coordination Polymer Nanodots forMR‐/Fluorescence‐Image‐Guided Radiation and Photodynamic Therapy, Adv. Mater.,2020.
DOI:10.1002/adma.202000377
https://doi.org/10.1002/adma.202000377
8. Biomaterials：智能上转换纳米药物抑制肿瘤氧代谢同时产氧增强光动力治疗
缺氧是实体瘤的特征之一，严重制约了肿瘤的临床治疗，尤其是氧(O2)依赖型光动力疗法(PDT)。为此，深圳大学屈军乐、宋军，澳门大学Zhen Yuan等人开发了一种智能多层纳米结构，以降低氧气消耗，同时提高氧气供应。
本文要点：
1）细胞呼吸抑制剂阿托喹酮(ATO)分子保留在中间介孔硅层，在MnO2层降解后于肿瘤部位智能释放，有效抑制肿瘤呼吸代谢，提高氧含量。
2）同时，MnO2层的降解会产生O2，进一步提高氧含量。
3）此外，作为近红外(NIR)光换能器的内上转换纳米结构能够激活用于深层组织PDT的光敏剂。
4）系统的实验表明，这种抑制耗氧和产氧的策略改善了氧气供应，促进了近红外光激发下单线态氧的产生，从而杀灭了癌细胞。
5）评估了纳米平台优越的三模态成像能力(计算机断层扫描(CT)、NIR-II窗口荧光和肿瘤微环境响应性T1加权磁共振(MR)成像)。
该发现为克服癌症治疗中严重的缺氧问题提供了一条很有希望的思路，即通过降低O2代谢途径，同时产生O2。
参考文献：DanWang, et al. Inhibiting tumor oxygen metabolism and simultaneously generatingoxygen by intelligent upconversion nanotherapeutics for enhanced photodynamictherapy, Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120088
9. AFM：豇豆花叶病毒联合免疫检查点疗法协同提高三种肿瘤模型的治疗效果
免疫检查点疗法(ICT)通过消除T细胞活动的免疫抑制剂来治疗癌症。然而，ICT只对一部分患者有益，因为大多数肿瘤是“冷的”，效应T细胞浸润有限，免疫原性差，检查点调节因子表达水平低。此前有报道称，豇豆花叶病毒(CPMV)可促进多种先天免疫细胞的激活和促炎细胞因子的分泌，诱导T细胞的细胞毒性，提示免疫刺激的CPMV可增强ICT。有鉴于此，美国加州大学圣地亚哥分校的Nicole F. Steinmetz等研究人员，研究表明，CPMV原位接种增加了肿瘤微环境中Foxp3−CD4+效应T细胞的检查点调节因子的表达。
本文要点：
1）结果表明，在三种具有免疫功能的同基因小鼠肿瘤模型中，联合使用CPMV和特定的检查点靶向抗体，特别是抗PD‐1抗体，或激动剂OX40特异性抗体，可降低肿瘤负担，延长生存期，诱导肿瘤抗原特异性免疫记忆，以防止复发。
2）本研究揭示了植物病毒纳米颗粒作为新型免疫治疗佐剂的新设计原则，以激发对癌症的强大免疫反应。
参考文献：ChaoWang, et al. A Combination of Cowpea Mosaic Virus and Immune Checkpoint TherapySynergistically Improves Therapeutic Efficacy in Three Tumor Models. AdvancedFunctional Materials, 2020.
DOI：10.1002/adfm.202002299
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202002299
10. AM：肿瘤微环境引发的金属-有机框架离子交换用于肿瘤的多模式成像和协同治疗
集诊断功能和治疗功能于一体的纳米诊疗药物(NTAs)在个体化治疗方面具有巨大的潜力，但肿瘤特异性差严重制约了NTAs的进一步临床应用。在此，武汉大学张先正等人报道了一种用于肿瘤组织原位合成NTA以增强肿瘤治疗特异性的pro-NTA(纳米诊疗药物前体)激活策略。
本文要点：
1）这种pro-NTA，也称为PBAM，是由MIL-100(Fe)包覆的普鲁士蓝(PB)类似物(K2Mn[Fe(CN)6])组成的，在近红外区的吸收和Mn2+离子的空间限制可以忽略不计。
2）在弱酸性肿瘤微环境(TME)中，PBAM可以被特异性地激活来合成光热剂PB纳米颗粒，由于内部快速离子交换，释放出游离的Mn2+离子，导致T1加权磁共振成像和光声信号都处于“开启”状态。
3）此外，TME中Mn2+介导的化学动力学疗法和PB介导的光热疗法相结合，保证了比单一疗法更有效的治疗效果。
4）体内实验数据进一步表明，pro-NTA激活策略可以选择性地使实体瘤变亮，并具有很高的特异性，可以检测到看不见的淋巴结转移。
参考文献：YingChen, et al. Tumor‐Microenvironment‐Triggered Ion Exchange of a Metal–OrganicFramework Hybrid for Multimodal Imaging and Synergistic Therapy of Tumors, Adv.Mater., 2020.
DOI:10.1002/adma.202001452
https://doi.org/10.1002/adma.202001452
11. ACS Nano：光热耗竭癌相关成纤维细胞使胆管癌的肿瘤硬度正常化
物理肿瘤学认为，癌相关成纤维细胞(CAF)激活和细胞外基质重塑介导的组织僵硬是肿瘤发生、治疗抗性和临床结果的积极调节剂。胆管癌(CCA)是一种富含CAF的高度侵袭性和化疗耐药的促结缔组织增生性癌。CCA的基质力学性能被认为是其耐化疗特性的原因。为了使肿瘤力学正常化，法国索邦大学Laura Fouassier、法国巴黎大学FlorenceGazeau等人提出了一种基于远程光激活纳米热疗来调节肿瘤微环境的物理策略。
本文要点：
1）在这项研究中，使用金纳米颗粒修饰的多功能氧化铁纳米花(GIONF)作为有效的纳米加热器，在三次温和热疗后实现肿瘤的完全消退。
2）CAF对GIONF的优先摄取允许靶向这一细胞群，这导致肿瘤早期硬度显著降低，随后肿瘤消退。
总之，该研究强调了一种时空可控的物理策略，即GIONF介导的光热疗法，以耗尽CAF并使肿瘤力学正常化，这可能适用于促结缔组织增生性癌症和CCA的治疗。
参考文献：AlbaNicolás-Boluda, et al. Photothermal Depletion of Cancer-Associated FibroblastsNormalizes Tumor Stiffness in Desmoplastic Cholangiocarcinoma. ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.0c00417
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00417
分析传感
12. Anal. Chem：基于金纳米团簇的光电生物传感器用于碱性磷酸酶活性分析
东南大学丁收年教授首次制备了由低毒性的金纳米团簇修饰的Ag@SiO2 (Au NCs-Ag@SiO2)纳米复合材料增强的等离激元光电极，并将其用于生物检测领域。
本文要点：
（1）实验发现，通过调节Au NCs与等离激元银纳米粒子(Ag NPs)之间的距离，可以使得Au NCs的光电流强度提高3.8倍。该研究也通过将实验结果与理论模拟进行进一步的对比，从而对光电的增强机理有了更深入的了解。
（2）此外，实验也成功地将Au NCs-Ag@SiO2纳米复合材料用于构建光电化学(PEC)生物传感器，并实现了对碱性磷酸酶活性的高敏感性检测。结果表明，该PEC生物传感器也具有较宽的线性范围(0.04~400u·L-1)和较低的检测限(0.022 U·L-1)等优点。
参考文献：Chun-QinZhao. et al. Plasmonic Enhanced Gold Nanoclusters-Based PhotoelectrochemicalBiosensor for Sensitive Alkaline Phosphatase Activity Analysis. AnalyticalChemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.9b05432
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b05432
13. Anal. Chem：可被连续激活的酶荧光探针用于对胞内酪氨酸酶的活性进行监测
酪氨酸酶(TYR)是一种参与黑素形成的关键酶，其过表达情况也与黑色素瘤密切相关。为了准确监测细胞内TYR活性，开发相应的分子成像工具的就显得尤为重要。长沙理工大学杨荣华教授通过将酶探针的底物与一个可被光降解的基团相结合，首次设计了一种光响应的酪氨酸酶荧光探针。
本文要点：
（1）由于其具有连续的可被光和酶激活的特性，该探针对TYR具有良好的选择性和高灵敏度的光控启动响应，其检出限为0.08 U/mL。
（2）荧光成像结果表明，该光响应的探针能够以光控的方式对细胞内源性的酪氨酸酶活性进行检测，从而为研究TYR1的生理功能和相关病理作用提供了一种高效的分子成像工具，并且也表明连续激活的策略在开发具有时空分辨率的光控酶促荧光探针方面具有巨大的应用价值。
参考文献：ShengYang. et al. Substrate-Photocaged Enzymatic Fluorogenic Probe EnablingSequential Activation for Light-Controllable Monitoring of IntracellularTyrosinase Activity. Analytical Chemistry. 2020
DOI:10.1021/acs.analchem.0c00746
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c00746
AIE分子
14. Chem. Sci：通过AIE发光体的免洗生物成像技术进行癌细胞识别和生存力监测
实现癌细胞识别和对细胞活力进行监测与人类的健康密切相关，因此迫切需要开发一种具有广谱癌细胞识别和动态细胞活力监测双重功能荧光系统，而这是一个极具挑战性的难题。巴黎PSL大学Min-Hui Li、香港科技大学Jacky W. Y. Lam和唐本忠院士构建了一组聚集诱导发光体(AIEgens) IVP，它可以通过线粒体-核仁的迁移以准确地识别肿瘤细胞和正常细胞，并且能够动态监测细胞活力。
本文要点：
（1）通过调节IVP分子上烷基链的长度和位置,实验系统地研究了这些AIEgens对癌细胞和正常细胞的识别能力,并进一步探讨了它们是如何通过线粒体膜电位的变化(ΔΨm)实现了在线粒体和细胞核之间的迁移。
（2）实验以IVP-02为模型分子实现了免洗生物成像，并证明其具有良好的双光子特性和较低的细胞毒性。综上所述，这一研究工作所设计的IVP AIEgens在肿瘤识别、监测转移、活性评价和药物筛选等方面都具有巨大的应用潜力。
参考文献：RuoyaoZhang. et al. Cancer cell discrimination and dynamic viability monitoringthrough wash-free bioimaging by AIEgens. Chemical Science. 2020
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc01213k#!divAbstract
15. Angew：肿瘤外泌体/AIEgen混合纳米囊泡用于增强肿瘤穿透的光动力治疗
开发具有聚集诱导发光(AIE)特性的新型光敏剂大大地推动了光动力治疗(PDT)的发展。深圳市人民医院Yang Li、香港科技大学郑正和唐本忠院士采用电穿孔法制备了一种将肿瘤外泌体和AIEgen相结合的混合型纳米囊泡(DES)。
本文要点：
（1）研究表明，DES具有增强的肿瘤穿透效果，实验也将其与地塞米松联用后发现它能够使得肿瘤微环境（TME）内的血管功能正常化，进而缓解TME的乏氧情况，因此可以显著提高DES纳米囊泡的PDT效能，从而更为有效地抑制肿瘤生长。
（2）该研究是将AIEgen与肿瘤外泌体相结合的首例，并且证明了通过肿瘤内血管功能的正常化可以实现乏氧的缓解和PDT的增强。综上所述，这一工作开发了一种新的方法来设计基于AIEgen的PDT系统，从而为实现AIEgen的临床应用价值提供了新的策略。
参考文献：DaomingZhu. et al. Tumor-exocytosed exosome/AIEgen hybrid nano vesicles facilitateefficient tumor penetration and photodynamic therapy. Angewandte ChemieInternational Edition. 2020
DOI:10.1002/anie.202003672
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003672
纳米酶
16. Small：原位制备超小金纳米颗粒/2D MOFs杂化材料作为纳米酶用于抗菌治疗
H2O2作为常见的活性氧物种之一，已被广泛用于防治病原性细菌感染。然而，高剂量的H2O2会对正常组织造成不必要的损伤，并延缓伤口愈合。在这方面，类过氧化物酶纳米材料由于对H2O2的抗菌性能有积极的促进作用，同时避免了高浓度H2O2的毒性，因此是一种很有前途的纳米酶。在此，中国药科大学王琛等人采用原位还原法在超薄的二维金属-有机框架(MOFs)上生长了超小的Au纳米颗粒(UsAuNPs)。
本文要点：
1）所形成的UsAuNPs/MOFs杂化材料兼具UsAuNPs和超薄2D MOFs的优点，表现出显著的过氧化物酶样活性，可促进H2O2分解成有毒的羟自由基(·OH)。
2）结果表明，所制备的UsAuNPs/MOFs纳米酶在低剂量H2O2的辅助下，对革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)均表现出良好的抗菌性能。
3）动物实验表明，该杂化材料能有效促进创面愈合，具有良好的生物相容性。这项研究揭示了杂化纳米酶在抗菌治疗方面的潜力，并为未来的临床应用带来了巨大的希望。
参考文献：Wen-ChaoHu, et al. In Situ Fabrication of Ultrasmall Gold Nanoparticles/2D MOFs Hybridas Nanozyme for Antibacterial Therapy, Small, 2020.
DOI:10.1002/smll.202000553
https://doi.org/10.1002/smll.202000553
疾病治疗
17. AFM：具有可调DNA亲和力的阳离子嵌段共聚物纳米粒子用于治疗类风湿关节炎
关节内高浓度的游离DNA(cfDNA)被认为是类风湿关节炎(RA)的致病因子，清除游离DNA被认为是一种有效的治疗途径。阳离子聚合物清除游离DNA，可抑制RA大鼠关节炎症的进展;然而，它们可能由于强正电荷而引起全身毒性。有鉴于此，中山大学的Lixin Liu等研究人员，为了降低毒性，建立了嵌段共聚物胶束的阳离子纳米颗粒（cNPs）文库，并评估了结构和表面组成对胶原诱导的关节炎(CIA)大鼠RA模型的cNP结合核酸效能、毒性和治疗活性的影响。
本文要点：
1）该文库包括来自聚乳酸-乙醇酸-嵌段-聚2-二甲氨基甲基丙烯酸乙酯(PLGA-b-PDMA)嵌段共聚物的同壳CNPs，以及通过共组装PLGA-b-PDMA和PLGA-b-PEG嵌段共聚物形成的具有聚乙二醇(PEG)和PDMA混合外壳的CNPs。
2）相对于同壳CNPs，PEG片段的引入转化为较低的DNA结合效率，同时保留了抑制关节炎症的能力。
3）此外，它们在发炎的关节处表现出更大的蓄积和更长的滞留时间，从而允许较低的给药频率。
综上所述，本工作表明阳离子材料的治疗指数可以通过引入表面中性基团来调节。
参考文献：JingjiaoWu, et al. Cationic Block Copolymer Nanoparticles with Tunable DNA Affinity forTreating Rheumatoid Arthritis. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI：10.1002/adfm.202000391
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202000391
18. Biomaterials：微型Au/Ag纳米棒实现NIR-II光声成像及光化学协同治疗多药耐药金黄色葡萄球菌感染
多药耐药金黄色葡萄球菌(MRSA)严重危害人类健康。开发有效的方法来消除感染和监测治疗过程具有重要意义。近红外-II (NIR-II)光声(PA)成像和光热治疗(PTT)是高度集成的治疗平台，具有成像背景低、组织穿透深度大、光热阈值高等优点。在此，上海交通大学周建桥、中国科学院深圳先进技术研究院盛宗海、广州中医药大学第一附属医院赵萍等人报告了一种利用微型Au/Ag纳米棒(NRs)的可激活NIR-II光疗策略，用于MRSA感染的光化学协同治疗和原位监测治疗过程。
本文要点：
1）铁氰化物溶液能有效地活化Au/Ag NRs，并允许其持续释放游离Ag+以消除MRSA，触发NIR-II光热和PA性能的增强。
2）激活的NIR-II光热效应反过来加速了Au/Ag NRs中游离Ag+的释放，从而协同清除革兰氏阳性金黄色葡萄球菌，促进创面愈合。
3）治疗小鼠未观察到光热损伤或游离Ag+引起的副作用。
4）协同处理后，植入部位和正常组织之间的NIR-II PA信号增加了20倍，最大信噪比为9.5，从而能够灵敏地监测Ag+的释放过程。
5）所制备的Au/Ag NRs具有良好的稳定性和生物相容性，在NIR-II光疗中显示出巨大的应用潜力。
参考文献：ZihanMei, et al. Activatable NIR-II photoacoustic imaging and photochemicalsynergistic therapy of MRSA infections using miniature Au/Ag nanorods,Biomaterials, 2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120092
精选综述
19. Adv. Sci：精准的基因编辑工具用于个性化癌症医学
成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)的发展引发了新一波的基因组工程研究浪潮，也使得基因编辑成为预防和治疗遗传疾病的一种新型重要的策略。有鉴于此，江南大学戴晓峰副教授对利用精准的基因编辑工具实现个性化癌症治疗的应用研究进行了综述介绍。
本文要点：
（1）在目前，基因编辑还没有被广泛地应用于临床，这是因为一些技术问题的存在影响了它的安全性和有效性，并且也缺乏合适的临床使用准则。但是大量的研究结果也表明，基因编辑有望在发现癌症驱动基因、肿瘤细胞表观基因组正常化、靶向但是、癌症动物模型建立以及临床癌症免疫治疗和预防方面做出重大贡献。
（2）以CRISPR为代表的基因编辑工具有望为精确控制癌症的发生和发展提供帮助。作者在文中详细讨论了利用新技术限制脱靶效应的研究，并重点讨论了基因编辑方法在癌症治疗中的应用。
参考文献：XiaofengDai. et al. Innovative Precision Gene-Editing Tools in Personalized CancerMedicine. Advanced Science. 2020
DOI:10.1002/advs.201902552
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201902552
20. Theranostics综述：贵金属纳米材料在体内外诱导产生的生物适应性变化
国家纳米科学中心马晓溦助理研究员和梁兴杰研究员对贵金属纳米材料在体内外诱导的适应性变化相关研究进行了综述
本文要点：
（1）贵金属纳米材料(NMNs)的独特特性使其在治疗学、诊断学和生物成像领域有着广泛的应用前景。随着NMNs的应用逐渐普及， NMNs暴露和存在于组织器官中的可能性也更大，因此需要对其体内外的生物学效应进行细致的研究。当有NMNs存在后，组织和细胞往往会在形态和功能上发生一系列适应性变化。在细胞水平上，溶酶体、内质网、高尔基体、线粒体、细胞核等亚细胞器内积累想NMNs会干扰其功能，导致消化、蛋白质合成与分泌、能量代谢、线粒体呼吸、增殖等多种细胞功能发生改变。在动物水平上，代谢器官、呼吸器官、免疫相关器官和其他器官中的NMNs也会可引起这些器官发生显著的生理和病理变化，并影响其功能。由此可见，研究NMNs与组织和细胞之间的相互作用及其潜在机制对其未来的应用推广来说至关重要。
（2）作者在文章详细说明了NMNs诱导的生物体内外发生的适应性变化；讨论了如何设计NMNs以最大化有益的适应性变化同时避免不利的变化，为正确利用这些NMNs提供了重要的参考。
参考文献：QianqianHuang. et al. Adaptive changes induced by noble-metal nanostructures in vitro andin vivo. Theranostics. 2020
DOI:10.7150/thno.42569
https://www.thno.org/v10p5649.htm
1. Science：蚊子空气动力成像启发的自主飞行器表面探测器
2. Science Advances：传感器辅助排尿系统
传感器系统能够有效的改善失去知觉、肌肉难以控制的膀胱的排尿过程，新加坡国立大学F. ArabHassani，N. V. Thakor、约翰·霍普金斯大学、日本RIKEN薄膜器件实验室等报道了提高膀胱排尿效率的传感器系统，通过将柔性薄膜记忆合金材料的传感器进行组装。在该传感系统中，传感器能够实时的对膀胱进行监测，并通过强排空力的执行器进行排尿。在此之前由于膀胱的体积变化作用明显，这种传感系统难以实现应用。
本工作中，传感器和执行器分别工作，并互不打扰，实现了实时的膀胱管理。该系统对小鼠的膀胱储存71 %和100 %时的排尿作用显示敏感度达到0.7 μF/liter。该系统实现了高效的控制排尿方案，对膀胱的治疗提供了一种方案。
本文要点：
（2）传感器-执行器作用方式。
F.Arab Hassani. et al. Softsensors for a sensing-actuation system with high bladder voiding efficiency，Science Advances 2020, 6 (18), eaba04112
3. Nature Biomed. Eng.：筛选口服药物制剂的自动化系统
单层癌细胞株被广泛应用于药物胃肠道吸收的模拟和口服药物的开发。然而，它们通常不能预测药物在体内的吸收。于此，麻省理工学院Giovanni Traverso和Robert Langer院士等人报道了一个机器人操作系统，它使用大的猪胃肠道组织外植体，这些外植体在培养中的功能保持了较长的时间，以便对胃肠道的整个部分进行高通量询问（每天数千个样本）。
2）通过使用培养系统分析2930种缩氨酸药物催产素制剂的肠道吸收，研究人员发现了一种吸收促进剂，在没有肠组织细胞破坏的情况下，可使猪口服催产素的生物利用度增加11.3倍。机器人操作的全组织培养系统应该有助于促进口服药物制剂的发展，也可能有助于药物筛选应用。
von Erlach, T., et al. Robotically handledwhole-tissue culture system for the screening of oral drug formulations. NatBiomed Eng (2020).
4. Nano Lett.:生物混合摩擦电纳米发电机用于心肌细胞无标记药理指纹分析
5. AFM:具多种变形能力的磁液体微机器人
6. 肖云峰Nature Nano评述：听见细菌的声音
西班牙高级科学研究理事会下属微米与纳米技术研究所EduardoGil-Santos、Javier Tamayo通过光机械微腔（optomechanical microcavity）对单个细菌的振动变化情况进行表征，构建了一种新型振动谱学测试方法。北京大学肖云峰对该研究发表了新闻稿，并刊发在最近的Nature Nanotechnology上。
从微观粒子到天体范围内的各种物体都会发生振动，通过对这些振动过程进行研究，能得到许多信息。比较常见的例子：通过红外光散射实验能够对分子的结构进行表征，在生物学中，物体的振动和结构之间的信息虽然不是直接相关的，但是通过对生物体中的细菌、病毒等核算/蛋白进行测试，能够得到其机械柔韧性相关信息，对疾病诊断有所帮助。细菌的振动范围囊括了兆赫~吉赫兹的范围，这个范围不在传统Raman光谱或纳米机械共振器的范围内。Gil-Santos等通过将光学和力学结合，实现了在微腔中对单个细菌的振动信号监测。
通过制作足够大的半导体微型磁盘基底，并将单个细菌负载到上面，通过波导将激光引导到基底上，并且由于磁盘基底上有周期性分布的结构，并形成周期性分布的回音壁结构（whispering gallery modes）。
当细菌结合到磁盘上后，光学和振动信息发生变化，作者分析得出系统的响应包括三种：分析物种影响可能引起频率红移作用，或者无法引起频率变化，当分析物的频率和基底的频率类似时发生共振。通过对共振过程的信号进行分析。作者通过对表皮葡萄球菌进行分析，结果显示在不同的湿度氛围中（RH 0~80 %）细菌的频率信号进行收集和分析，结果显示当湿度提高时信号发生明显改变。该方法能够分析纳米范围内的生物微粒。并有望通过分析微粒的光/力学信号，实现对生物微粒的力学信息（mechanical modes）描述。
Eduardo Gil-Santos, etal. Optomechanical detection of vibration modes of a single bacterium，Nat. Nanotechnol. 2020
DOI：10.1038/s41565-020-0672-y
https://www.nature.com/articles/s41565-020-0672-y
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