摘要：纳米医药是当今生物和医学研究最具创新活力的领域之一,尤其是在恶性肿瘤等复杂难治疾病的治疗中展现出广阔的应用前景.随着纳米生物技术近年来的快速发展,能够在活体环境执行精密、复杂操作的纳米生物机器受到高度关注.本文总结了我们团队在抗肿瘤纳米机器药物方面的科研工作,从精准设计、体内操控和创新性治疗等方面,系统性介绍了基于核酸、多肽、膜结构等生物模块的纳米机器药物设计策略,讨论了不同类型纳米机器药物在肿瘤治疗中的优势,并结合当前肿瘤临床治疗的重点发展方向,讨论了纳米机器药物对治疗范式创新的潜在推动作用.

摘要：脱氧核糖核酸(DNA)的分子识别特性与功能使其在生物传感与成像领域得到了广泛应用.另一方面,得益于自身独特的光学性质,镧系元素掺杂的上转换纳米颗粒在生物医学应用中备受关注.特别地,二者的有机结合可产生新的性质与功能,在生物传感与成像领域展现出优势,推动了该领域的发展.本文综合评述了基于DNA与上转换纳米颗粒相结合的生物传感与成像技术的研究进展,重点聚焦于相关方法的分类与设计原理,简要概述了相关的应用研究,并对该领域目前存在的挑战与未来的发展前景进行了讨论.

摘要：通过对纳米结构进行表面生物和化学修饰,能够赋予其崭新的界面性质.本文概述了纳米颗粒表面共价修饰和非共价修饰多肽和蛋白质的常用方法,对比了两种修饰方法的优缺点以及构筑纳米生物结构存在的问题;并介绍了多肽和蛋白质界面修饰在改善纳米颗粒生物稳定性、生物分布和靶向性方面的研究工作;在此基础上介绍了纳米生物结构基于抗原-抗体特异性识别在生物检测领域的应用;此外,简单介绍了纳米生物结构在应用过程中所面临的挑战.希望本综述能够有助于科技工作者了解纳米生物结构的构筑方法及其应用方面的进展和挑战,为多肽和蛋白质修饰纳米结构的设计合成提供一些启发和思路.

摘要：肿瘤微环境调控概念的兴起极大推进了智能纳米药物的发展.作为治疗或递药靶点,基质和血管等微环境成分在基因层面上较肿瘤细胞更稳定,并且提供了在递药过程中绕过部分生物屏障的可能.我们的研究表明,充分利用纳米材料的固有优势和功能化潜力,针对肿瘤微环境精确设计纳米药物,对于开发和实现新的纳米抗肿瘤策略至关重要.例如,利用高精度自组装的核酸纳米机器,能够实现强效凝血分子在血液循环中的安全递送;利用多重释药的纳米结构局域性清除肿瘤相关血小板,可提高纳米药物穿透肿瘤血管内皮屏障的效率等.基于以上学术思想,近年来,我们系统研究了针对不同微环境成分或病理状态的靶向调控策略,利用智能纳米药物实现了包括肿瘤血管特异性栓塞、肿瘤基质微环境重塑、肿瘤血管通透性增强等创新性微环境调控方案.本文综述了其中的代表性进展,讨论了相关智能纳米体系在肿瘤微环境调控中的潜力和局限,并分析了智能抗肿瘤纳米药物的未来发展方向.

摘要：多肽纳米药物由于具有易于设计改造、良好的靶向性、生物相容性和较长的血液循环时间等优势,在生物医学与肿瘤诊疗中具有巨大的潜力.近年来,利用肿瘤微环境原位构建多肽纳米材料的策略已被广泛研究,本文综述了多肽纳米材料通过不同的刺激响应(pH、酶和氧化还原等)实现体内自组装,从而对肿瘤的诊断与治疗产生的积极效果.重点阐述了不同的刺激响应型自组装多肽纳米材料的设计合成及其在肿瘤诊疗中的应用,如对于药物递送系统中的药物富集、渗透和内吞等过程的增强作用,同时简单介绍了其在生物成像上的应用,最后对体内自组装多肽纳米材料的未来发展进行了展望.

摘要：设计合成了一种pH响应型的多肽聚合物,在中性条件下能够以聚合物单链的形式存在,在肿瘤微环境弱酸的刺激下发生聚集,提升入胞能力,从而实现对肿瘤细胞的高效杀伤.首先,通过迈克尔加成的方法合成了一系列生物相容性较好的β-硫代酸酯聚合物,并利用固相合成方法合成了治疗肽和穿膜肽2种多肽.然后,将治疗肽修饰上一种酸敏感基团,并将2种多肽通过迈克尔加成反应与聚合物共价连接.得到的多肽聚合物能够在中性水溶液中以单链形式稳定存在,而在pH=6.5条件下发生聚集.最后,在细胞层面对多肽聚合物进行研究,发现其在微酸性条件下可以通过内吞作用进入到肿瘤细胞,并具有更高的抗肿瘤能力.

摘要：目前,研究开发出安全性好且能有效刺激机体细胞免疫和体液免疫的疫苗及其载体和佐剂是绝大多数传染病疫苗研发中的瓶颈问题.鉴于病毒载体疫苗潜在的安全性问题,近年来DNA疫苗和亚单位疫苗如蛋白质疫苗等新型疫苗逐渐成为重大疾病防治研究的热点.然而DNA和蛋白质较难进入机体且易被酶降解导致了疫苗较差的免疫原性.要解决这些问题需借助于合适的疫苗载体或佐剂.可用于人体的两种佐剂(铝佐剂和MF59)主要激活机体的体液免疫,对细胞免疫的调节作用较弱,这对于预防和治疗胞内病原体如病毒等的感染显然是不够的.作为非病毒载体,纳米材料具有较好的生物相容性和独特的理化性质,如易于加工修饰、促进功能分子入胞、保护DNA和蛋白质等免受降解,在疫苗载体或佐剂的研究与开发过程中逐渐成为关注的热点.目前,已有一些纳米材料在实验动物水平显示出较好的载体作用或佐剂活性.本文将总结分析纳米材料作为载体或佐剂的研究进展与应用前景,为更加科学合理地设计纳米材料用于疫苗领域提供参考.

摘要：近年来,纳米生物医用材料的研发数量呈几何增长,但只有少数被批准在临床应用,产学研出现严重的脱节现象,这主要是由于目前对纳米材料与生物体相互作用的认知十分有限.纳米材料进入体内后,蛋白质等生物分子会不可避免地吸附在其表面形成蛋白冠(protein corona,PC),这成为纳米材料生物应用遇到的第一道生物屏障.蛋白冠的形成受到纳米材料的本征理化特性、生物流体性质以及环境因素等多方面的影响,会改变纳米材料的本征理化特性,并赋予其新的化学生物学特性,进而改变纳米材料的体内生物学行为,包括细胞摄取、免疫反应、血液循环、靶向、生物分布以及毒性等.因此,深入地理解蛋白冠的特性及其对纳米材料体内命运的影响是调控纳米材料有效性和安全性的重要科学基础.本文对蛋白冠的形成影响因素、分析方法以及产生的化学生物学效应进行了深入讨论,并强调了主动调控蛋白冠的含量、成分以及组织结构辅助纳米药物设计的新策略.最后,我们总结了目前在蛋白冠研究和认知方面存在的问题和挑战,并提出了解决方案.

摘要：在生理环境下原位构筑自组装纳米材料,由于其生物体内的可控性、相容性及功能性优势,在临床应用方面具有广泛前景。利用病理条件在体内触发响应,能够在多重弱键相互作用下自发形成高级有序结构。其中内源性组装触发因素,如酶、pH、活性氧和配受体相互作用等,通过生物可激活的体内自组装(bioactivated in vivo assembly,BIVA)纳米技术,将材料原位自组装成多种可控结构,包括纳米颗粒、纳米纤维、凝胶等。而不同的自组装纳米结构带来了新的生物效应,例如组装诱导滞留效应、靶向增强效应、多价键效应、膜扰动等,实现了高效药物递送、增强靶向和治疗、优化生物分布、提高成药性等功能,为肽基自组装材料的生物医学应用提供创新思路和方向。文中系统总结了基于BIVA技术的肽基自组装材料响应设计及其不同的生物医学应用,并对其未来前景进行展望。

摘要：文章介绍了作者所在的实验小组近年来在用表面微纳米技术研究细胞生物学方面取得的进展.由于细胞的尺寸在数微米到数十微米之间,应用微纳米技术可以精细地调控细胞微观环境.作者所在的实验小组应用微流控系统以及表面化学修饰等方法,对细胞正常行为和病理行为进行了一系列研究.通过设计力学刺激装置,对细胞骨架的主要成分———肌动蛋白对细胞的形状以及粘附、迁移等行为的影响进行了系统研究,实现了对肌动蛋白拉伸过程的全程实时动态观察,发现一次拉伸刺激就可以导致肌动蛋白细胞骨架变短,并可以促进肌动蛋白纤维的重组过程.此外,作者所在的实验小组还构建了表面三维结构,以模拟生物体内的拓扑结构,并结合微流控、细胞图案化和多种细胞共培养技术,构建了体外细胞培养和相互作用研究模型,发现细胞形状可以影响其极性和迁移的方向,以及神经细胞突起可以感受表面层粘连蛋白的浓度梯度等一系列有趣的现象,并对其机理进行了探讨.