頂刊動態 | Nature子刊/AM/PNAS等生物材料前沿最新科研成果精選【第24期】

1、Adv. Mater. 生物模擬癌細胞的納米顆粒實現同類型癌細胞的靶向治療

圖1 生物模擬癌細胞的納米顆粒實現同類型癌細胞的靶向治療的示意圖

最近，中國科學院上海藥物研究所李亞平研究員（通訊作者）和沈陽藥科大學藥學院王思玲教授（通訊作者）開發出一種新的納米藥物負載系統，實現了同類型癌細胞的靶向治療。這種納米藥物負載系統以4T1乳腺癌細胞膜作為外殼，負載紫杉醇藥物的高分子作為中心核，能減少巨噬細胞的內化，延長在血液循環中的滯留時間，實現同類型4T1乳腺細胞轉移性癌癥的靶向治療，有助于癌癥個體化治療。

文獻鏈接：Cancer-Cell-Biomimetic Nanoparticles for Targeted Therapy of Homotypic Tumors（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602173）

2、Nano Lett. 利用超聲波引發全氟碳化物產生腫瘤氧化克服癌癥治療中缺氧相關抗力

圖2 全氟碳化物(PFC)納米乳液的制備和氧氣的釋放

蘇州大學劉莊教授（通訊作者）等人通過靜脈注射將血清白蛋白固定的全氟碳化物(PFC)納米液滴注入荷瘤小鼠，利用PFC高溶解氧的能力調節腫瘤缺氧環境。PFC納米液滴吸附肺里的氧氣，在超聲波的刺激下在腫瘤中快速釋放氧氣，再循環回肺中進行再氧化，這種循環可增強腫瘤氧化并提高PDT和RT的治療效果。可克服腫瘤治療中產生的缺氧相關的抗力。

文獻鏈接：Ultrasound Triggered Tumor Oxygenation with Oxygen-Shuttle?Nanoperfluorocarbon to Overcome Hypoxia-Associated Resistance in Cancer Therapies（Nano Lett.,?2016,?DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02365）

3、Adv. Mater. 動態控制的銀納米線陣列探測基底誘導細胞拉伸生長的分子信息

圖3 汽化誘導納米顆粒組裝

中國科學院化學研究所的王鐵研究員（通訊作者）課題組近期發展了一種制備高均一度、長程有序銀納米線陣列的動態控制策略。這一策略主要有兩個優勢：一是利用液相基質提高銀納米線懸浮液的遷移速率（convection velocity）從而實現短時有序組裝；二是制備的定向銀納米線陣列是實現細胞黏附生長的表面增強拉曼散射（SERS）監測的理想膜材料。此外，由于其自身優異的導熱導電性能，這一定向銀納米線材料為實現電、熱刺激下的神經或組織行為研究提供了可能。

文獻鏈接：Dynamically Regulated Ag Nanowire Arrays for Detecting Molecular Information of Substrate-Induced Stretched Cell Growth（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603223）

4、Nano lett. 磁力驅動蛋白酶傳感器用于體內腫瘤分析

圖4 磁力驅動蛋白酶生物傳感器

麻省理工學院的P. Anikeeva和S. N. Bhatia等人設計了一種可以檢測蛋白酶活性并且可以遠程活化的生物傳感器。這種納米傳感器由熱敏性的脂質體組成，脂質體內包裹有經過功能化處理的蛋白酶底物與磁性納米顆粒。在癌癥病變位點外加交變磁場的作用下，磁性納米顆粒由于磁滯損耗將熱能傳遞到脂質層，脂質層受熱分解釋放多肽底物。通過尿液可以定量分析相應蛋白酶裂解目標多肽程度，從而檢測蛋白酶活性。這種材料還可以結合磁共振造影進行癌癥的多模式診療。

文獻鏈接：Magnetically Actuated Protease Sensors for in Vivo Tumor Profiling（Nano lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02670）

5、Nat. Commun. 電光子硅生物傳感器

圖5 電光環形腔

英國約克大學J. J. -Cola′s和A. Parkin等人發表文章報道了一種可以對生物標志物進行高靈敏度和多參數分析的電化學硅光子傳感器。利用電化學控制，研究人員實現了對不同生物分子在傳感器陣列單微環上的位點特異性固定，再通過光子和電化學表征技術的結合可以獲得獨一無二的定量信息和化學反應信息。通過對光電性質的開發，硅傳感器為微尺度感測創造了新的模式。

文獻鏈接：The electrophotonic silicon biosensor（Nat. Commun., 2016, DOI: 10.1038/ncomms12769）

6、Nat. Nanotech. 在密集群中實現單個生物分子的光學成像

圖6 超分辨率DMI(離散分子成像)概念示意圖

美國哈佛大學Peng Yin等人利用DNA-PAINT(納米尺度點積累成像)實現對單個生物分子的直接光學觀察。利用這種超分辨率熒光顯微技術得到一種偏移修正方法，可以分析DNA折紙結構在<2 ?精度范圍的偏移。這種DMI技術旨在對分子組件實現離散的可視化，在復雜生物或合成納米級系統中準確定位分子組件，具有良好的單分子敏感性和目標分辨能力。

文獻鏈接：Optical imaging of individual biomolecules in densely packed clusters（Nat. Nanotech.,?2016,?DOI: 10.1038/nnano.2016.95）

7、Nat. Nanotech. 存在于脂多糖中的金屬納米顆粒引發小鼠的金屬過敏

圖7 不同納米銀粒子致敏作用（造成耳水腫程度）示意圖

日本大阪大學Yasuo Yoshioka（通訊作者）和Yasuo Tsutsumi（通訊作者）等人使用納米銀粒子(nAg)和脂多糖處理小鼠，研究nAg引起的免疫反應。研究發現小尺寸的nAg(≤10nm)會轉移到淋巴結中，相比大尺寸的nAg(>10nm)更易釋放銀離子，誘發小鼠的免疫反應。同樣，鎳納米粒子也會對小鼠產生致敏作用。研究證實了金屬納米粒子作為離子載體會產生金屬致敏，是一種潛在引發金屬致敏的新的致敏物質。

文獻鏈接：Metal nanoparticles in the presence of lipopolysaccharides trigger the onset of metal allergy in mice（Nat. Nanotech.,?2016,?DOI: 10.1038/nnano.2016.88）

8、PNAS：功能性聚酯選擇性地越過匹配的正常細胞運載siRNA至肺癌細胞

圖8 功能性聚酯納米顆粒的篩選及選擇性地運載siRNA至肺癌細胞

最近美國德克薩斯大學西南醫學中心Daniel J. Siegwart（通訊作者）報道一種功能性聚酯能選擇性地越過匹配的正常細胞而運載siRNA藥物至肺癌細胞，且無需任何靶向配體。功能性聚酯是從組合文庫中通過高通量篩選患者的癌癥細胞和正常細胞系對獲得的。將其注入小鼠的移植瘤中，發現這種選擇性納米顆粒在腫瘤部位能滯留一周以上，而非選擇性納米顆粒幾個小時內就被清除。這種選擇性顆粒能在移植瘤和原位瘤中介導基因沉默，實現治療癌癥的目的，將有助于癌癥個體化治療。

文獻鏈接：Functional polyesters enable selective siRNA delivery to lung cancer over matched normal cells ( PNAS, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1606886113)

9、Adv. Mater. 利用亞胺基共價有機骨架的非共價相互作用進行槲皮素輸送

圖9 亞胺基共價有機骨架用于槲皮素輸送

共價有機骨架（COFs）是一種具有高裝載容量和良好生物相容性的納米多孔聚合物藥物輸送載體。德國馬克思普朗克固體研究所的Bettina V. Lotsch（通訊作者）等人通過氫鍵在分子水平上對載體和輸送藥物之間的相互作用進行了調控。細胞增殖研究表明采用COF作為納米輸送載體，藥物在腫瘤細胞中具有更高的輸送效率。

文獻鏈接：Exploiting Noncovalent Interactions in an Imine-Based Covalent Organic Framework for Quercetin Delivery (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603006）

10、PNAS：二甲雙胍和納米顆粒結合靶向治療胰腺癌

圖10 BPTES-NPs使小鼠的胰腺腫瘤具有較高的藥物濃度

約翰霍普金斯大學醫學院的Gregg L. Semenza、Justin Hanes、Barbara S. Slusher和Anne Le（共同通訊作者）等人研究發現多種抗癌藥物組合的治療效果好于單種藥物治療。他們將一種叫做BPTES的試驗性藥物包裝到由聚乙二醇包被的納米顆粒膠囊中，這種納米顆粒能夠幫助藥物穿過靠近癌細胞的毛細血管，使藥物在腫瘤組織中的停留時間更長。然后將抗糖尿病藥物二甲雙胍與膠囊化的BPTES聯合使用，用以治療移植了人類胰腺腫瘤的小鼠，結果表明藥物組合使腫瘤縮小了至少50%，效果好于單種藥物治療。

文獻鏈接：Combination therapy with BPTES nanoparticles and metformin targets the metabolic heterogeneity of pancreatic cancer (PNAS, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1611406113）

11、Angew. Chem. Int. Ed. 具有選擇滲透性的仿生復合納米容器

圖11 由兩親性嵌段共聚物和DNA納米孔組成的功能復合納米容器

英國倫敦大學學院的Giuseppe Battaglia和Stefan Howorka（共同通訊作者）等人將兩親性嵌段共聚物和薄膜狀DNA納米孔復合，形成了一種功能性仿生復合納米容器。該聚合物囊泡和DNA納米孔的高度可調控性將成為納米容器用于藥物輸送、生物成像、生物催化和細胞模擬等應用的關鍵。

文獻鏈接：Biomimetic Hybrid Nanocontainers with Selective Permeability (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604677）

12、Nat. Commun. 過渡金屬元素在活細胞線粒體中的催化作用

圖12 (a) 烯丙基過渡金屬元素化合物；(b) 靶向劑作用下金屬催化劑在細胞線粒體的優先富集

西班牙圣地亞哥德孔波斯特拉大學有機化學系的的José L. Mascareńas（通訊作者）等人設計了一種過渡金屬釕配合物，它可以優先的在哺乳動物的細胞線粒體中積累，并能具有和在外界一樣反應能力。更重要的是，這種在細胞線粒體中的活性可以用來限制熒光的發射，通過前體細胞的局部的轉變可以實現選擇性的功能化轉變。

文獻鏈接： Cancer-Cell-Biomimetic Nanoparticles for Targeted Therapy of Homotypic Tumors(Nat. Commun., 2016, DOI:10.1038/ncomms12538)

本文由材料人生物材料學習小組供稿，材料牛編輯整理。

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