顶刊动态 | Nature子刊/AM/PNAS等生物材料前沿最新科研成果精选【第24期】

1、Adv. Mater. 生物模拟癌细胞的纳米颗粒实现同类型癌细胞的靶向治疗

图1 生物模拟癌细胞的纳米颗粒实现同类型癌细胞的靶向治疗的示意图

最近，中国科学院上海药物研究所李亚平研究员（通讯作者）和沈阳药科大学药学院王思玲教授（通讯作者）开发出一种新的纳米药物负载系统，实现了同类型癌细胞的靶向治疗。这种纳米药物负载系统以4T1乳腺癌细胞膜作为外壳，负载紫杉醇药物的高分子作为中心核，能减少巨噬细胞的内化，延长在血液循环中的滞留时间，实现同类型4T1乳腺细胞转移性癌症的靶向治疗，有助于癌症个体化治疗。

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

2、Nano Lett. 利用超声波引发全氟碳化物产生肿瘤氧化克服癌症治疗中缺氧相关抗力

图2 全氟碳化物(PFC)纳米乳液的制备和氧气的释放

苏州大学刘庄教授（通讯作者）等人通过静脉注射将血清白蛋白固定的全氟碳化物(PFC)纳米液滴注入荷瘤小鼠，利用PFC高溶解氧的能力调节肿瘤缺氧环境。PFC纳米液滴吸附肺里的氧气，在超声波的刺激下在肿瘤中快速释放氧气，再循环回肺中进行再氧化，这种循环可增强肿瘤氧化并提高PDT和RT的治疗效果。可克服肿瘤治疗中产生的缺氧相关的抗力。

文献链接：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. 动态控制的银纳米线阵列探测基底诱导细胞拉伸生长的分子信息

图3 汽化诱导纳米颗粒组装

中国科学院化学研究所的王铁研究员（通讯作者）课题组近期发展了一种制备高均一度、长程有序银纳米线阵列的动态控制策略。这一策略主要有两个优势：一是利用液相基质提高银纳米线悬浮液的迁移速率（convection velocity）从而实现短时有序组装；二是制备的定向银纳米线阵列是实现细胞黏附生长的表面增强拉曼散射（SERS）监测的理想膜材料。此外，由于其自身优异的导热导电性能，这一定向银纳米线材料为实现电、热刺激下的神经或组织行为研究提供了可能。

文献链接：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. 磁力驱动蛋白酶传感器用于体内肿瘤分析

图4 磁力驱动蛋白酶生物传感器

麻省理工学院的P. Anikeeva和S. N. Bhatia等人设计了一种可以检测蛋白酶活性并且可以远程活化的生物传感器。这种纳米传感器由热敏性的脂质体组成，脂质体内包裹有经过功能化处理的蛋白酶底物与磁性纳米颗粒。在癌症病变位点外加交变磁场的作用下，磁性纳米颗粒由于磁滞损耗将热能传递到脂质层，脂质层受热分解释放多肽底物。通过尿液可以定量分析相应蛋白酶裂解目标多肽程度，从而检测蛋白酶活性。这种材料还可以结合磁共振造影进行癌症的多模式诊疗。

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

5、Nat. Commun. 电光子硅生物传感器

图5 电光环形腔

英国约克大学J. J. -Cola´s和A. Parkin等人发表文章报道了一种可以对生物标志物进行高灵敏度和多参数分析的电化学硅光子传感器。利用电化学控制，研究人员实现了对不同生物分子在传感器阵列单微环上的位点特异性固定，再通过光子和电化学表征技术的结合可以获得独一无二的定量信息和化学反应信息。通过对光电性质的开发，硅传感器为微尺度感测创造了新的模式。

文献链接：The electrophotonic silicon biosensor（Nat. Commun., 2016, DOI: 10.1038/ncomms12769）

6、Nat. Nanotech. 在密集群中实现单个生物分子的光学成像

图6 超分辨率DMI(离散分子成像)概念示意图

美国哈佛大学Peng Yin等人利用DNA-PAINT(纳米尺度点积累成像)实现对单个生物分子的直接光学观察。利用这种超分辨率荧光显微技术得到一种偏移修正方法，可以分析DNA折纸结构在<2 Å精度范围的偏移。这种DMI技术旨在对分子组件实现离散的可视化，在复杂生物或合成纳米级系统中准确定位分子组件，具有良好的单分子敏感性和目标分辨能力。

文献链接：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属纳米颗粒引发小鼠的金属过敏

图7 不同纳米银粒子致敏作用（造成耳水肿程度）示意图

日本大阪大学Yasuo Yoshioka（通讯作者）和Yasuo Tsutsumi（通讯作者）等人使用纳米银粒子(nAg)和脂多糖处理小鼠，研究nAg引起的免疫反应。研究发现小尺寸的nAg(≤10nm)会转移到淋巴结中，相比大尺寸的nAg(>10nm)更易释放银离子，诱发小鼠的免疫反应。同样，镍纳米粒子也会对小鼠产生致敏作用。研究证实了金属纳米粒子作为离子载体会产生金属致敏，是一种潜在引发金属致敏的新的致敏物质。

文献链接：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：功能性聚酯选择性地越过匹配的正常细胞运载siRNA至肺癌细胞

图8 功能性聚酯纳米颗粒的筛选及选择性地运载siRNA至肺癌细胞

最近美国德克萨斯大学西南医学中心Daniel J. Siegwart（通讯作者）报道一种功能性聚酯能选择性地越过匹配的正常细胞而运载siRNA药物至肺癌细胞，且无需任何靶向配体。功能性聚酯是从组合文库中通过高通量筛选患者的癌症细胞和正常细胞系对获得的。将其注入小鼠的移植瘤中，发现这种选择性纳米颗粒在肿瘤部位能滞留一周以上，而非选择性纳米颗粒几个小时内就被清除。这种选择性颗粒能在移植瘤和原位瘤中介导基因沉默，实现治疗癌症的目的，将有助于癌症个体化治疗。

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

9、Adv. Mater. 利用亚胺基共价有机骨架的非共价相互作用进行槲皮素输送

图9 亚胺基共价有机骨架用于槲皮素输送

共价有机骨架（COFs）是一种具有高装载容量和良好生物相容性的纳米多孔聚合物药物输送载体。德国马克思普朗克固体研究所的Bettina V. Lotsch（通讯作者）等人通过氢键在分子水平上对载体和输送药物之间的相互作用进行了调控。细胞增殖研究表明采用COF作为纳米输送载体，药物在肿瘤细胞中具有更高的输送效率。

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

10、PNAS：二甲双胍和纳米颗粒结合靶向治疗胰腺癌

图10 BPTES-NPs使小鼠的胰腺肿瘤具有较高的药物浓度

约翰霍普金斯大学医学院的Gregg L. Semenza、Justin Hanes、Barbara S. Slusher和Anne Le（共同通讯作者）等人研究发现多种抗癌药物组合的治疗效果好于单种药物治疗。他们将一种叫做BPTES的试验性药物包装到由聚乙二醇包被的纳米颗粒胶囊中，这种纳米颗粒能够帮助药物穿过靠近癌细胞的毛细血管，使药物在肿瘤组织中的停留时间更长。然后将抗糖尿病药物二甲双胍与胶囊化的BPTES联合使用，用以治疗移植了人类胰腺肿瘤的小鼠，结果表明药物组合使肿瘤缩小了至少50%，效果好于单种药物治疗。

文献链接：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. 具有选择渗透性的仿生复合纳米容器

图11 由两亲性嵌段共聚物和DNA纳米孔组成的功能复合纳米容器

英国伦敦大学学院的Giuseppe Battaglia和Stefan Howorka（共同通讯作者）等人将两亲性嵌段共聚物和薄膜状DNA纳米孔复合，形成了一种功能性仿生复合纳米容器。该聚合物囊泡和DNA纳米孔的高度可调控性将成为纳米容器用于药物输送、生物成像、生物催化和细胞模拟等应用的关键。

文献链接：Biomimetic Hybrid Nanocontainers with Selective Permeability (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201604677）

12、Nat. Commun. 过渡金属元素在活细胞线粒体中的催化作用

图12 (a) 烯丙基过渡金属元素化合物；(b) 靶向剂作用下金属催化剂在细胞线粒体的优先富集

西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学有机化学系的的José L. Mascareńas（通讯作者）等人设计了一种过渡金属钌配合物，它可以优先的在哺乳动物的细胞线粒体中积累，并能具有和在外界一样反应能力。更重要的是，这种在细胞线粒体中的活性可以用来限制荧光的发射，通过前体细胞的局部的转变可以实现选择性的功能化转变。

文献链接： 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学习小组供稿，材料牛编辑整理。

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