肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展

光动力治疗是一种新型的非侵入式肿瘤治疗方法,具有创伤性和毒性小、选择性好、无耐药性、可重复治疗等突出优点,在癌症的治疗上取得了显著的成效.为了增加光动力治疗的组织穿透深度,研究者提出构建基于上转换纳米颗粒（upconversion nanoparticles,UCNPs）的光动力诊疗探针（简称上转换光动力诊疗探针）.基于发光共振能量转移过程,上转换光动力诊疗探针利用UCNPs在近红外光激发下发射的荧光激活负载的光敏剂发挥光动力疗效,有助于实现深层肿瘤的治疗.新型的上转换光动力诊疗探针通过多功能一体化的结构组合设计可以实现靶向运输、成像诊断以及刺激响应的按需治疗,是未来纳米医药发展的必然趋势.目前,研究者越来越关注构建基于肿瘤微环境刺激响应型上转换光动力诊疗体系,以提高治疗体系的靶向性,改善光动力治疗效果,并减小对周围正常组织的毒性.本工作主要讨论了基于pH、酶及过氧化氢刺激响应型上转换光动力诊疗体系的构建和发展,并对其发展前景进行了展望.     

纳米粒子在药物传递中的应用

目前,利用纳米粒子传递药物并用于恶性肿瘤组织的靶向识别,进一步提高肿瘤的诊断和治疗水平是一个比较热点的领域,人们期望用制备容易、价格便宜、毒性小的纳米技术来提高肿瘤的治疗效率。然而,由近年的报道来看,所摄入的纳米粒子仅有约0.7%能够到达肿瘤部位,传递效率较低,这无疑加大了治疗应用的难度。本综述中,我们分析了造成纳米粒子靶向药物转运效率较低的原因,包括纳米粒子的转运途径,纳米粒子转运过程中所遇到的屏障,纳米粒子在体内的清除途径等;随后我们介绍了较早应用的聚合物纳米粒子、磁性氧化铁纳米粒子以及目前广泛研究的介孔二氧化硅纳米粒子在药物传递系统构建中的应用情况,还介绍了细胞膜仿生纳米粒子在药物传递系统中的应用;最后,对纳米粒子在药物传递中的研究进行总结和展望。我们希望通过对纳米粒子传递药物的系统研究,进一步促进纳米粒子在药物传递上的研究,加速纳米药物的临床应用。     

稀土上转换多功能复合材料的构建及生物应用进展

镧系离子(Ln³⁺)掺杂的稀土上转换纳米材料在低能近红外光激发下可发射高能量的紫外、可见甚至近红外光，由于其独特的光学和化学性质，包括自荧光弱、对生物体光损伤小及组织穿透深度高等，稀土上转换纳米材料在生物医学领域的应用备受关注.在该综述中，主要介绍了本课题组在稀土上转换纳米发光材料的自组装、复合材料的构建及在肿瘤诊疗领域的相关工作，重点强调设计、合成多种刺激-响应型的多功能纳米诊疗平台，利用肿瘤微环境的特点（乏氧、偏酸性、富含H₂O₂和谷胱甘肽）和近红外光的独特优势，实现纳米材料在肿瘤部位的靶向蓄积、药物的选择性控制释放和协同肿瘤治疗（化疗、光动力治疗、光热治疗及免疫治疗等）.     

刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展

近十几年来, 纳米科学的发展极大地推动了纳米材料在生物医用领域的应用. 聚合物纳米粒子由于其独特的性能在药物传递、医学成像等医用领域备受关注. 其中, 刺激响应型聚合物纳米粒子是一类可以在外界信号刺激下(包括pH、温度、磁场、光等)发生结构、形状、性能改变的纳米粒子. 利用这种刺激响应性可调节纳米粒子的某种宏观行为, 故而刺激响应型聚合物纳米粒子也被称为智能纳米粒子. 因为其特有的“智能性”, 刺激响应型聚合物纳米粒子的研究已成为当前生物材料领域的研究热点. 本文综述了几类重要的生物医用刺激响应型聚合物纳米粒子, 侧重介绍双重及多重刺激响应型聚合物纳米粒子的制备及其生物医学应用.     

纳米生物传感器探针材料：合成、组装及应用

生物传感器因选择性高、分析速度快、准确度高等特点,在生物医学、环境监测及食品安全等领域应用广泛.纳米探针材料是生物传感器中的核心部件,对检测信号的输出和放大,起到至关重要的作用.本文总结了近十年来本团队利用智能高分子精准调控纳米粒子合成的研究成果,发展了多种生长模式,量身定制出三十多种高效可医用探针材料;通过智能高分子修饰纳米探针表面,实现了不同维度(1D、2D和3D)的宏观可控自组装.最后,基于设计的探针材料及其组装结构,构建了一系列生物传感器,探索了其在食品安全检测和医疗诊断领域的应用.     

上转换光动力诊疗体系的构建及抗癌研究进展

具有创伤小、毒性低、选择性好、无耐药性等优点的光动力疗法已被广泛应用于癌症治疗研究。然而，多数光敏剂存在水溶性差易聚集、肿瘤组织选择性差的问题，且其激发光都在可见或紫外光范围内，组织穿透深度较浅导致治疗深度不够，限制了光动力疗效。稀土上转换纳米粒子具有低生物毒性、高化学稳定性、强组织穿透力等优点，可作为将近红外光转换成紫外/可见光的发光材料和光敏剂载体，因此，构建上转换光动力诊疗体系为增强光动力疗效提供新思路。本文介绍了上转换光动力诊疗体系的构建方法，包括物理吸附法、物理包封法、共价偶联法，并分析了其应用于光动力抗癌研究的优缺点，最后总结并展望了其存在的挑战及未来发展方向。     

嵌段共聚物调控纳米粒子自组装的研究进展

嵌段共聚物和纳米粒子复合纳米材料具有优异的性能,在生物医药、光电材料、催化材料等领域具有很大的应用价值,已成为备受关注的研究热点.利用嵌段共聚物自组装能够形成特定形态的纳米结构聚集体,将纳米粒子选择性的分布和定位于嵌段共聚物聚集体中,可以改善纳米粒子的性能及其应用.本文综述了近年来实验上利用自组装制备嵌段共聚物-纳米粒子复合纳米材料的方法,并总结分析了影响纳米粒子在嵌段共聚物聚集体中的分布和定位的各种因素,包括纳米粒子的大小、形状及其表面化学.最后总结了嵌段共聚物-纳米粒子的自组装在理论模拟方面的研究.     

高分子键合康普瑞汀A4血管阻断剂纳米药物

血管阻断剂(VDAs)因其在实体肿瘤治疗中的巨大潜力而引起人们的广泛关注.本文针对本课题组近年来在高分子血管阻断剂纳米药物抗肿瘤治疗方面的基础研究进行了总结.首先发现了纳米药物的瘤内低渗透性可显著提高血管阻断剂的肿瘤血管靶向性和抑瘤能力,进而构建了高分子血管阻断剂纳米药物;其次针对高分子血管阻断剂纳米药物治疗所引起的不利宿主反应,引入小分子抑制剂或激动剂进行联合治疗;然后利用其调控肿瘤微环境并创建肿瘤选择性药物激活递送系统;最后针对其治疗所产生的肿瘤凝血微环境提出了新的主动靶向策略——链式自放大肿瘤靶向,实现了高效的肿瘤靶向药物递送.这项工作突出了高分子血管阻断剂纳米药物在肿瘤治疗中的潜力,并对其未来研究方向作了简要展望,以促进其临床转化.     

高分子键合康普瑞汀A4血管阻断剂纳米药物

血管阻断剂(VDAs)因其在实体肿瘤治疗中的巨大潜力而引起人们的广泛关注.本文针对本课题组近年来在高分子血管阻断剂纳米药物抗肿瘤治疗方面的基础研究进行了总结.首先发现了纳米药物的瘤内低渗透性可显著提高血管阻断剂的肿瘤血管靶向性和抑瘤能力,进而构建了高分子血管阻断剂纳米药物;其次针对高分子血管阻断剂纳米药物治疗所引起的不利宿主反应,引入小分子抑制剂或激动剂进行联合治疗;然后利用其调控肿瘤微环境并创建肿瘤选择性药物激活递送系统;最后针对其治疗所产生的肿瘤凝血微环境提出了新的主动靶向策略——链式自放大肿瘤靶向,实现了高效的肿瘤靶向药物递送.这项工作突出了高分子血管阻断剂纳米药物在肿瘤治疗中的潜力,并对其未来研究方向作了简要展望,以促进其临床转化.     

仿生光响应智能纳米孔道的构筑及应用

在生命体中,很多生物过程都和光息息相关,例如光合作用过程和视觉感受系统等,而这些过程大都由生命体中对光敏感的蛋白质离子通道主导。近年来,受这些蛋白质离子通道的启发,具有光响应性的仿生智能固态纳米孔道广受关注。光响应纳米孔道具有灵活的空间和时间可控性,除了和生命过程息息相关,还在能源存储与转化、药物可控释放和分离等方面显示了巨大的应用前景。本综述主要从材料属性出发阐述光响应仿生智能纳米孔道的构筑和分类,并对其应用进行总结和展望。     

上转换纳米粒子-分子印迹复合荧光探针检测黄芩苷

构建了一种近红外激发上转换纳米粒子-分子印迹（UCNPs@MIPs）复合荧光探针，并应用于尿液中黄芩苷的检测。以黄芩苷作为模板分子，采用溶胶凝胶技术将SiO2包覆的上转换纳米粒子封装到分子印迹聚合物中。当模板分子被去除后，该复合材料留下特异性结合位点，与黄芩苷之间可产生静电引力相互作用。黄芩苷可使上转换纳米粒子发生荧光猝灭实现对其选择性荧光分析。最优条件下，黄芩苷的浓度在0.1～50μmol/L范围线性良好，检出限为0.03μmol/L，尿液样品的加标回收率为94.0%～100.5%，相对标准偏差为1.3%～3.9%。该方法可实现对黄芩苷的选择性检测。     

高分子辅助的纳米粒子造影增强材料

纳米技术和纳米医学的研究在生物医学、疾病诊断和治疗方面显示出了巨大的应用潜力. 有机荧光分子基检测技术已被广泛的用作造影和信号转换的工具用以测定痕量的分析物. 然而, 有机荧光分子基团的降解、光漂白作用使得其荧光的稳定性受到影响, 从而限制了它们在复杂的生理环境中的应用. 无机纳米粒子因其形状、尺寸和组成的不同而具有独特且稳定的光、电、磁及催化性能, 可用作新型的生物纳米造影材料, 能很好的解决造影检测技术所面临的难题. 并且, 纳米造影材料的表面修饰则可以提高它们的在生理条件下的稳定性和靶向生物活性分子的能力.     

基于靶向调控肿瘤微环境的多肽纳米药物系统研究进展

肿瘤微环境在肿瘤的发生、发展和转移过程中起着至关重要的作用,因此靶向调控微环境为发展肿瘤精准治疗的新策略提供了机遇。纳米技术的快速发展为传统药物的增效减毒提供了契机,已有一系列纳米药物用于肿瘤临床治疗。近年来,分子自组装领域的快速发展为智能纳米药物的研发提供了新机遇。多肽作为生物相容性高、序列可设计、易修饰、功能多样化的生物分子,可组装构建结构多样和功能集成的纳米药物系统。本文综述了利用多肽自组装超分子体系实现药物对肿瘤微环境的响应释放和高效递送,并对其通过调控微环境中的血管、成纤维细胞和胞外基质等组分,改变肿瘤赖以生存的"土壤",并与抗肿瘤细胞治疗有机结合的最新进展进行了介绍。针对肿瘤异质性和复杂性的难题,构建表/界面性质可控的纳米药物系统,发展基于肿瘤微环境调控与联合治疗的肿瘤综合治疗方案,将是未来重要的发展方向之一。     

缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用

由于肿瘤内部细胞远离血管, 其氧气消耗量远远超出血液供应量, 因此容易导致肿瘤缺氧. 肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、 诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题. 基于此, 发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义. 本文对缺氧响应荧光探针在成像及治疗方面的应用进展进行了综合评述, 介绍了硝基、 偶氮键和醌3种常用的缺氧响应基团, 并探讨了它们在缺氧微环境下的识别机理; 介绍了缺氧响应荧光探针的构建及其在生物成像方面的最新研究成果; 总结了缺氧响应荧光探针在基因治疗、 光动力学治疗、 化学治疗及协同治疗方面的研究进展; 展望了缺氧响应荧光探针在临床诊断和治疗方面的应用前景.     

体内自组装多肽纳米材料及其在肿瘤诊疗中的研究进展

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.     

纳米材料在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用

纳米尺度上的生物分析化学是当今国际生物分析领域研究的前沿和热点.该文阐述了纳米粒子在电化学免疫传感器及电化学DNA传感器领域的应用,着重介绍了以纳米材料为载体设计新型的具有生物分子识别和电信号增强作用的纳米标记粒子在构建高灵敏电化学生物传感器以及多组分同时检测中的应用.     

NaYF_4：Yb,Er上转换荧光纳米粒子的表面修饰及其在免疫分析中的应用

稀土掺杂上转换荧光纳米材料因其近红外区激发,可见光区发射的特殊发光性能,在生物标记方面具有独特优势,可大幅度降低荧光背景.β-NaYF4：Yb,Er是目前已知的发光效率最高的上转换荧光纳米材料之一,已在生命分析及生物成像分析领域展现出了广阔的应用前景.然而,由于现有β-NaYF4：Yb,Er制备工艺多是在高温条件下于高沸点有机溶剂中反应制得,所得产品在水溶液中的分散性差,限制了其在生命分析中的广泛应用.本文采用聚丙烯酸（PAA）配体交换反应,对表面包覆油酸基团的疏水β-NaYF4：Yb,Er纳米粒子进行了有效的表面修饰.表面修饰后,上转换荧光纳米粒子表面的PAA具有众多游离羧基,使其在水溶液中具有良好的分散性.同时,由于羧基的存在,使得带有氨基的生物分子能够通过化学交联反应结合到纳米粒子表面.本文以PAA表面修饰后的β-NaYF4：Yb,Er纳米粒子为荧光探针,以磁珠作为免疫反应的载体,成功构建了一种新型免疫传感器,对模型靶标分子羊抗人IgG进行了灵敏检测.磁珠表面固定兔抗羊IgG,PAA修饰的β-NaYF4：Yb,Er纳米粒子表面连接人IgG,当样品中存在羊抗人IgG时,便会在磁珠表面形成（兔抗羊IgG-羊抗人IgG-上转换荧光纳米粒子标记的人IgG）三明治式免疫复合体,通过磁分离除去未反应的组分,在980nm激光激发下测定免疫复合体的上转换荧光强度,即可实现靶标分子的高灵敏分析,可检测到低至0.1ng/mL的羊抗人IgG.同时,以磁珠为载体的免疫复合体也可通过激光扫描共聚焦荧光显微镜进行荧光成像分析,背景荧光信号低,成像质量高.实验结果表明,PAA修饰的β-NaYF4：Yb,Er上转换荧光纳米粒子是一种理想的生物标记材料,有望在生物传感及生物成像分析领域获得广泛应用.     

介孔硅纳米储存器在智能药物释放系统的应用

开发新型细胞微环境刺激响应性智能药物控释系统是目前材料学、药理学与临床医学研究的共同热点之一,其目的在于寻求合适的药物载体,提高药物的安全性、有效性及降低药物毒副作用。本文综述了介孔硅功能复合纳米材料在生物医药领域的应用研究进展;通过对其进行特定的化学修饰、生物修饰、物理修饰,不仅能特异性细胞识别靶向,还能针对病变细胞实现药物定点、定时、定量的“生物爆破”释放;这在药物可控释放、靶向癌症治疗、靶向基因递送等领域展示了其广阔的应用前景。同时,本文还系统地分析和总结了各种智能响应性介孔硅纳米储存器的制备方法和响应机制,包括“无机纳米塞-介孔硅”纳米智能控释系统、“有机大分子控制器-介孔硅”智能功能复合型控释系统、“分子开关控制器-介孔硅”自响应性纳米控释系统等,这为设计新型响应性介孔硅纳米储存器系统提供了借鉴与思路。     

用于化学动力学疗法的高分子纳米载体研究进展

细胞内环境失衡将导致细胞功能异常与疾病,如氧化应激水平升高是肿瘤细胞的一个典型标志.近年来,构建针对肿瘤细胞内源性氧化应激响应的高分子纳米载体受到了广泛关注,然而这些纳米载体普遍存在对内源性氧化应激响应灵敏度不足等问题.鉴于高浓度的氧化应激可以直接诱导细胞死亡,利用高分子纳米载体递送活性氧产生剂或胞内抗氧化系统的抑制剂可以破环胞内的氧化还原平衡,放大肿瘤细胞内氧化应激和诱导肿瘤细胞死亡.本文简要介绍了利用不同策略构建智能纳米载体放大肿瘤细胞内氧化应激实现化学动力学疗法.这一新兴的治疗手段不仅能够直接杀灭肿瘤细胞,还可以与其他肿瘤治疗策略(如化疗)有机结合,提升抗肿瘤疗效.     

动态变构纳米组装体的设计、合成及生物医药应用

纳米技术对生物医药学的发展具有重要的推动作用.如何构建新型纳米材料,实现其在疾病部位生物功能的最优化,是当今纳米生物医药领域的关键问题.智能型纳米组装体作为一类能够在特定刺激下发生响应性功能转变的纳米材料,在该领域中受到了极大的关注.尤其是在肿瘤等疾病的诊断与治疗中,结合肿瘤微环境特征,设计与合成能够根据体内过程调整结构的动态变构纳米组装体,以达到成像信号放大、治疗效果增强以及安全性提升的目的,为建立智能化诊疗方案提供了新策略.本文主要讨论了纳米组装体的常用制备策略,集中探讨了对内源性刺激响应(pH、酶、氧化还原等)的动态变构纳米组装体在肿瘤诊疗中的应用.