他，Biomaterials副主编，刚获一大奖！
奇物论
2021-09-15
近日，科学探索奖公布2021年获奖名单，在前沿交叉学科中，苏州大学刘庄教授为获奖者之一。刘庄，苏州大学教授，博导。2004年北京大学获学士学位；2008年美国斯坦福大学获博士学位；2009年6月加入苏州大学功能纳米与软物质研究院。
近年来从事生物材料与肿瘤纳米技术领域的研究，已在Nature Biomedical Engineering、Nature Communications、Science Advances等国际顶级期刊上发表论文300余篇，论文总引用超过55,000次，H指数124。担任生物材料领域国际著名期刊Biomaterials杂志副主编和多个国际主流期刊编委。于此，奇物论编辑部对刘庄教授课题组2021年至今的代表性研究成果进行归纳总结，供大家学习和交流~1. Nature Commun.: 由肿瘤碎片驱动的肿瘤杀伤纳米反应器，可以增强射频消融治疗并增强抗肿瘤免疫反应射频消融（RFA）在临床上用于破坏实体瘤，但往往不能完全消融较大的肿瘤和多发转移部位的肿瘤。于此，苏州大学刘庄教授等人开发了一种 CaCO3辅助的双乳液方法，用聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）封装脂肪氧化酶和血红素，以增强 RFA。1）研究人员展示了具有 pH 依赖性催化能力的 HLCaP 纳米反应器 (NRs) 可以通过使用癌细胞碎片作为燃料的脂质过氧化链反应连续产生细胞毒性脂质自由基。在 RFA 后固定在残留肿瘤内后，HLCaP NRs 通过触发铁死亡对小鼠和兔子的残留肿瘤表现出抑制作用。2）此外，RFA 后用 HLCaP NRs 治疗可以引发抗肿瘤免疫，以有效抑制残留和转移肿瘤的生长，并与免疫检查点封锁相结合。这项工作强调了以肿瘤碎片为燃料的纳米反应器可以通过抑制肿瘤复发和防止肿瘤转移而有益于RFA。Yang, Z., Zhu, Y., Dong, Z. et al. Tumor-killing nanoreactors fueled by tumor debris can enhance radiofrequency ablation therapy and boost antitumor immune responses. Nat Commun 12, 4299 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-021-24604-92. Chem. Soc. Rev：可快速清除的无机纳米材料及其生物医学应用苏州大学程亮教授和刘庄教授对可快速清除的无机纳米材料及其生物医学应用相关研究进行了综述。（1）无机纳米材料本身具有特殊的物理化学性质(如催化、光学、热、电和磁性)，能够实现多种应用(如药物递送、诊断、成像和治疗)，在生物医学领域中具有广阔的应用前景。然而，这些无机纳米材料在健康组织中的长期非特异性积累往往会导致毒性的产生，进而阻碍其大规模的临床应用。在过去的几十年里，可生物降解和可清除的无机纳米材料的出现为降低和预防这种长期毒性提供了希望。此外，对这类纳米材料的设计及其体内代谢途径进而全面的研究对于扩大其应用范围和推动其临床实验而言也至关重要。（2）作者在文中系统地对近年来可生物降解和可清除的无机纳米材料的研究进展进行了综述，特别是其在癌症诊疗和其他疾病治疗方面的应用；随后，作者也对这一快速发展的生物医学领域的未来前景和发展机遇进行了讨论。Xianwen Wang. et al. Inorganic nanomaterials with rapid clearance for biomedical applications. Chemical Society Reviews. 2021https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cs/d0cs00461h#!divAbstract3. Biomaterials: 双相缓释免疫刺激复合物，对微生物感染的保护脓毒症是一种由各种感染引起的急性器官功能障碍综合征，尽管先进的医疗技术得到发展，但在医院仍可能导致死亡率非常高。鉴于此，苏州大学刘庄、汪健等人通过将藻酸盐 (ALG) 与胞壁酰二肽 (MDP) 和单磷酰脂质 A (MPLA) 的纳米颗粒制剂混合，开发了一种两相释放免疫刺激复合物，后两者是从形成的ALG水凝胶中具有不同释放速率的免疫调节剂。1）获得的两相释放复合物可以通过快速释放MDP来增强巨噬细胞的吞噬和杀菌功能，从而提供瞬时的败血症保护。之后，这种复合物可以通过持续释放 MPLA 持续激活免疫系统，通过上调各种促炎细胞因子的产生，促进巨噬细胞的极化，增加脓毒症攻击后病变中的自然杀伤 (NK) 细胞。在这种治疗后，小鼠从败血症攻击中存活下来，可以抵抗二次感染。2）值得注意的是，在盲肠结扎和穿刺 (CLP) 诱导的多微生物败血症模型中，使用该复合材料进行治疗可以提高小鼠的存活率。综上所述，这项工作提供了一种易于转化的免疫刺激配方，可在各种触发原因下有效预防败血症。该策略可能有希望长期广泛预防各种感染，并有可能在可靠的疫苗可用之前用于在新的大流行下保护医务工作者。Two-phase releasing immune-stimulating composite orchestrates protection against microbial infections. Biomaterials 2021.https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.1211064. JACS：基于适体的活细胞逻辑计算反应实现非抗体免疫检查点抑制治疗精确而持久的免疫检查点抑制（ICB）治疗具有较高的客观应答率，是临床试验的一个重大挑战。有鉴于此，湖南大学的谭蔚泓和苏州大学的刘庄等研究人员，开发了基于适体的活细胞逻辑计算反应实现非抗体免疫检查点抑制治疗。1）研究人员报告了一种基于适体的逻辑计算反应的发展，该反应是共价结合免疫检查点对抗癌细胞表面的适体（例如，aPDL1适体），实现有效和持续的ICB治疗而不需要抗体。2）叠氮化合物在细胞表面糖蛋白上被代谢标记为“化学受体”，使得环辛炔偶联aPTL1适体能够实现基于适体的逻辑计算介导的叠氮化合物/环辛炔生物正交反应。3）以逐步的方式，PDL1加叠氮化物的糖蛋白在细胞上表达，并根据布尔逻辑成为多个输入。然后，如果满足该算法的“AND”条件，环辛炔偶联适体结合在活细胞表面，通过触发精确和持续的T细胞介导的抗肿瘤免疫治疗显著延长小鼠的整体存活，否则就不行。本文研究结果表明，DNA逻辑计算介导的环辛烯/叠氮基生物正交反应可以提高ICB治疗的精确性和稳健性，从而有可能提高客观应答率。Yu Yang, et al. Aptamer-Based Logic Computing Reaction on Living Cells to Enable Non-Antibody Immune Checkpoint Blockade Therapy. JACS, 2021.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c020165. Adv. Mater：生物正交配位聚合物AIE纳米粒子用于放疗-放射动力学治疗放射动力学治疗(RDT)是一种利用电离辐射以诱导进行局部光动力治疗(PDT)的新方法，它克服了传统PDT的穿透深度有限和传统放疗(RT)的能量不集中等缺点。新加坡国立大学刘斌教授和苏州大学刘庄教授开发了一种具有明亮荧光的聚集诱导发光(AIE)光敏剂和在聚集态下能够高效产生单线态氧，并且在x射线照射下具有强大的RT和RDT效应的Hf-AIE配位聚合物纳米粒子(CPNs)。（1）实验利用二苯并环辛炔（DBCO）修饰的CPNs与表面修饰有叠氮基团的细胞膜之间的生物正交点击化学以提高CPNs在肿瘤中的积累并且延长其在肿瘤中的保留效果。（2）由于x射线具有很高的穿透性，研究结果表明在静脉注射CPNs后，通过生物正交辅助的放疗-RDT联合治疗对癌细胞具有明显的杀伤作用，并且不会产生显著的生物毒性。Jingjing Liu. et al. Bioorthogonal Coordination Polymer Nanoparticles with Aggregation-Induced Emission for Deep Tumor-Penetrating Radio- and Radiodynamic Therapy. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202007888https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2020078886. AM：具有AIE的生物正交配位聚合物纳米粒用于深部肿瘤穿透放射和放射动力学治疗放射动力疗法(RDT)是一种新性的利用电离辐射诱导局部光动力疗法(PDT)治疗癌症的方法，它克服了传统PDT穿透深度有限和传统放疗(RT)能量不集中的缺点。利用具有明亮荧光的聚集诱导发射(AIE)光敏剂和在聚集态下高效的单线态氧生成，新加坡国立大学刘斌、苏州大学刘庄等人研制出了在X射线辐照下具有强RT和RDT效应的Hf‐AIE配位聚合物纳米粒子(CPNs)。1）通过二苯并环辛炔（DBCO）修饰的CPNs（Hf-AIE-PEG-DBCO）（PEG:poly（乙二醇））和代谢糖工程形成的细胞膜上的叠氮基团之间的偶联，在系统中应用生物正交点击化学，增强肿瘤积累和延长CPNs的肿瘤滞留时间。2）由于X射线辐射的高穿透性，静脉注射CPNs后，生物正交辅助的RT和RDT联合治疗实现了对癌细胞的显著杀伤，而没有显示出明显的生物毒性。Jingjing Liu, et al. Bioorthogonal Coordination Polymer Nanoparticles with Aggregation‐Induced Emission for Deep Tumor‐Penetrating Radio‐ and Radiodynamic Therapy. Adv. Mater., 2021.DOI: doi.org/10.1002/adma.202007888https://doi.org/10.1002/adma.2020078887. Adv. Mater：ATP响应型智能水凝胶用于同步释放免疫佐剂以增强抗肿瘤免疫一些化疗药物和电离辐射都可以诱导免疫原性细胞死亡(ICD)，而如果肿瘤内部同时存在有免疫佐剂，那么这种抗肿瘤免疫效果将被进一步放大。然而，由于临床的化疗/放射治疗通常是以反复低剂量给药的方式进行，而在每次化疗/放射治疗中都给肿瘤注射免疫佐剂是不切实际的。有鉴于此，苏州大学刘庄教授开发了一种智能水凝胶，它可以释放免疫佐剂以增强对反复进行的化疗/放疗的免疫响应。（1）实验将海藻酸与三磷酸腺苷(ATP)特异性适配体进行结合，该适配体可与免疫佐剂CpG寡核苷酸进行杂交。瘤内注射后，该杂交材料可原位形成海藻酸盐基水凝胶。研究发现，低剂量的奥沙利铂或x射线刺激能够在诱导肿瘤细胞ICD的同时触发ATP的释放，而ATP会与ATP特异性适配体发生竞争性结合，从而触发CpG的释放。因此，该智能水凝胶可以与低剂量反复进行的化疗/放疗同步配合并释放免疫佐剂，发挥显著的协同反应以消除肿瘤，并通过产生免疫记忆防止肿瘤复发。（2）在结合免疫检查点阻断治疗后，由智能水凝胶辅助的重复放射治疗也能够抑制远端肿瘤的转移。综上所述，该研究提出了一种能促进肿瘤免疫治疗并可以与反复低剂量的化疗/放疗相结合的新策略，具有很好的临床应用前景。Lele Sun. et al. ATP-Responsive Smart Hydrogel Releasing Immune Adjuvant Synchronized with Repeated Chemotherapy or Radiotherapy to Boost Antitumor Immunity. Advanced Materials. 2021DOI: 10.1002/adma.202007910https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2020079108. Nano. Lett：超声波介导的纳米疫苗递送用于肿瘤疫苗接种和个体化免疫治疗疫苗是现代医学中对抗多种疾病的最重要武器之一。为了达到最佳的疫苗接种效果，经常需要反复注射疫苗，而这在很大程度上会降低患者的舒适度。苏州大学刘庄教授设计开发了一种负载纳米疫苗、对超声响应的自愈合水凝胶系统，并将其用于对肿瘤疫苗释放进行远程控制和实现个性化癌症免疫治疗。（1）该凝胶系统可以在超声波治疗后转化为溶胶状态，进而实现纳米疫苗的爆发性释放并自愈成凝胶。（2）实验结果表明，经单次皮下注射纳米疫苗凝胶和多次超声波治疗的小鼠可在反复释放的纳米疫苗刺激下产生抗肿瘤免疫应答，进而结合免疫检查点阻断治疗以有效地抑制肿瘤，并且该个性化纳米疫苗系统也可以预防术后肿瘤的转移和复发。综上所述，这项研究工作提出了一个易于操作的简便策略，有望实现对癌症和其他类型疾病的疫苗的可控持续递送。Zhouqi Meng. et al. Ultrasound-Mediated Remotely Controlled Nanovaccine Delivery for Tumor Vaccination and Individualized Cancer Immunotherapy. Nano Letters. 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03646https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c03646
