2017 年中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院在生命與醫(yī)學(xué)方面的一些研究進展

(中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院納米醫(yī)療技術(shù)研究中心、生物醫(yī)用材料與界面研究中心、人體組織與器官退行性研究中心、《集成技術(shù)》編輯部)

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院納米醫(yī)療技術(shù)研究中心蔡林濤研究員與龔萍研究員及其團隊主導(dǎo)的研究[1]在雙響應(yīng)小分子探針用于腫瘤靶向成像引導(dǎo)的光動力治療取得進展。該研究把紅光染料 Rho 和靶向腫瘤的近紅外染料 Cy 通過胱胺連在一起，構(gòu)建了一例“4 合 1”多功能的集腫瘤診療為一體的簡單有機小分子 RhoSSCy。結(jié)果顯示，RhoSSCy 分子中的二硫鍵和仲胺使其能夠?qū)崿F(xiàn)游離硫醇比率檢測和細胞內(nèi) pH 檢測； 同時，RhoSSCy 分子很容易進入腫瘤細胞并優(yōu)先積累在腫瘤。毒性分析實驗表明，RhoSSCy 對細胞及活體組織生物毒性極??；體外和體內(nèi)實驗證明，RhoSSCy 具有 NIRF(近紅外熒光成像)／PA(光聲成像)雙模態(tài)成像和高效的光動力抗癌作用。該多功能診療一體化有機小分子結(jié)構(gòu)簡單，易于大批量合成；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，便于貯存和運輸，有希望實現(xiàn)腫瘤靶向的雙模態(tài)精確成像和精準治療。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院納米醫(yī)療技術(shù)研究中心蔡林濤研究員與馬軼凡研究員及其團隊主導(dǎo)的研究[2]在 MicroRNA 載體方面取得進展(靶向腫瘤相關(guān)巨噬細胞的 pH-還原雙敏感MicroRNA 載體及其抗腫瘤免疫研究)。該研究構(gòu)建了一種靶向 TAM 的 pH-還原雙敏感聚多肽納米膠束作為 miRNA 載體。通過調(diào)控 TAM 的基因表達，誘導(dǎo)其分化成為具有“抑癌”作用的 M1 型巨噬細胞，從而有效地引發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)；綜合調(diào)控膠束的氨基酸序列以及還原響應(yīng)性，增強miRNA 對 TAM 的誘導(dǎo)分化；采用被動和主動協(xié)同靶向方式提高 TAM 對 miRNA 的攝取，同時結(jié)合 pH 敏感的可脫落 PEG 修飾，防止 miRNA 的“脫靶效應(yīng)”。結(jié)果顯示，采用有半乳糖分子和PEG 修飾的聚多肽納米膠束負載 miR155，可顯著提高腫瘤微環(huán)境中 TAM 對 miR155 的攝取并提高 TAM 中 miR155 的表達；負載 miR155 的聚多肽納米膠束也能有效地將免疫抑制性的 TAM 向抗腫瘤的 M1 型轉(zhuǎn)化，進而顯著提高腫瘤中活化的 T 細胞和 NK 細胞的比例，最終有效抑制腫瘤生長。該研究成果不但為研制高效安全的 miRNA 載體提供理論依據(jù)，還為腫瘤免疫治療提供新策略。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心喻學(xué)鋒研究員與王懷雨研究員及其團隊參與的研究[3]在細胞運載二維納米材料高靶向光熱治療癌癥取得進展。為研究巨噬細胞運載二維納米材料 Bi2Se3的腫瘤靶向能力以及光熱治療后材料在體內(nèi)的代謝清除情況。該研究首先通過液相合成方法制備細胞運載所需的 Bi2Se3納米片，在離體條件下大量擴增巨噬細胞并與Bi2Se3納米片共同孵育，使巨噬細胞通過吞噬作用裝載二維納米材料。其次，裝載 Bi2Se3的巨噬細胞進一步使用近紅外染料 DIR(KGMP0026)標(biāo)記并通過尾靜脈注射入具有乳腺腫瘤的裸鼠體內(nèi)，通過小動物活體成像儀以及 ICP-OES 檢測方法觀察不同時間段巨噬細胞以及材料在體內(nèi)的分布與靶向腫瘤的情況。最后，當(dāng)裝載 Bi2Se3的巨噬細胞在腫瘤部位富集后，通過 808 nm 近紅外激光器對腫瘤部位進行光照，用熱成像儀對腫瘤部位溫度的變化進行記錄，并在光照后及時地對腫瘤組織進行病理切片，觀察腫瘤組織結(jié)構(gòu)的變化情況。結(jié)果顯示，靜脈注射巨噬細胞運載的 Bi2Se3具有長血液循環(huán)功能，巨噬細胞能克服體內(nèi)乏氧相關(guān)的生物屏障，靶向滲透腫瘤組織，提高二維納米材料的腫瘤靶向給藥和光熱治療效率；巨噬細胞運載的 Bi2Se3生物相容性良好，在治療結(jié)束后的 25 天內(nèi)，大部分的二維納米材料都可被機體排出。這種以細胞為載體的腫瘤靶向遞送二維納米材料給藥方式，能有效克服二維納米材料靶向以及滲透腫瘤能力的不足，提升光熱治療的效果并降低治療可能造成的毒副作用(如納米材料在體內(nèi)非治療區(qū)域如肝、脾、腎等部位長期滯留)，具有重要的研究價值與應(yīng)用前景。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心李鵬輝、羅茜、喻學(xué)鋒研究員及其團隊主導(dǎo)的研究[4]在表面增強拉曼散射檢測芯片方面取得進展(納米粒子有效匯聚與自組裝制備磁性拉曼檢測基底用于環(huán)境污染物檢測)。該研究利用液滴揮發(fā)自組裝技術(shù)制備了磁性可移動的表面增強拉曼散射(SERS)檢測芯片，分別合成Fe3O4磁性納米粒子和金納米棒：首先，將磁性納米粒子與巰基化學(xué)物修飾后的金納米棒混合；然后，利用全氟聚醚浸潤多孔聚四氟乙烯構(gòu)建超潤滑表面；最后，將混合液滴加在超潤滑表面后，在室溫下?lián)]發(fā)干燥，在此過程中，納米粒子實現(xiàn)有效的匯聚和自組裝。結(jié)果顯示，所制備 SERS芯片為毫米尺寸的圓餅狀顆粒，可以脫離聚四氟乙烯基底，在磁場下可控移動。該芯片具有兩方面的特點，即高靈敏度的優(yōu)異 SERS 性能、及能從復(fù)雜分析物中快速分離并適用于環(huán)境污染物的實地快速分析檢測。在對孔雀石綠、福美雙、敵草快、多環(huán)芳烴等農(nóng)藥和環(huán)境污染物分子檢測中，檢測靈敏度都達到了納摩爾級別。該研究揭示了一種在超潤滑表面實現(xiàn)納米材料匯聚、自組裝的材料制備技術(shù)，采用此方法制備的 SERS 芯片可適用于環(huán)境污染物的實地快速分析檢測，拓寬了 SERS 芯片在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用范疇。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心喻學(xué)鋒研究員及其團隊參與的研究[5]在納米復(fù)合物的設(shè)計方面取得進展(金/硒納米復(fù)合物的設(shè)計與腫瘤放化療應(yīng)用)。該研究采用“種子生長法”制備金納米棒，首先通過電荷吸附的方法將硒修飾到金納米棒表面，構(gòu)建出核殼結(jié)構(gòu)的金/硒納米復(fù)合體，并通過加入香豆素-6 進行熒光標(biāo)記；其次，使用 MTT 試劑盒分析材料的細胞毒性，用熒光酶標(biāo)儀檢測細胞攝入材料的情況；再次，采用數(shù)字式高能線性加速器，6 MV 電子束，X 射線腫瘤局部輻射源與皮膚距離為 100 厘米，1 次/ 2 天，4 Gy/次，總劑量為 40 Gy 進行放射治療；最后，通過磁共振成像觀察治療效果以及采用免疫印跡、ROS 檢測試劑盒檢測的方法來探究該納米放療增敏劑誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡的信號通路。結(jié)果顯示，通過整合金納米棒的放射增敏特性和硒納米顆粒的抗腫瘤活性，設(shè)計出核殼結(jié)構(gòu)的金/硒納米復(fù)合體系，并將表面修飾雙靶向分子作為一種新型的納米放療增敏劑，實現(xiàn)腫瘤靶向的放化療法。該納米復(fù)合體系具備優(yōu)秀的腫瘤靶向能力、良好的生物安全、高效的放療增敏作用和顯著的抗腫瘤效果。與 X 射線聯(lián)合應(yīng)用，該納米放療增敏劑可通過死亡受體途徑誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡并促進 ROS過量表達，從而激活下游 ROS 介導(dǎo)的信號通路，極大地提高了抗腫瘤活性。該研究為腫瘤靶向放化療提供了一種有效的、可行的臨床技術(shù)。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心喻學(xué)鋒研究員及其團隊參與的研究[6]在黑磷納米片尺寸依賴的非線性光學(xué)特性及其在超快光子學(xué)中的應(yīng)用取得進展。該研究采用液相剝離法和分段離心技術(shù)制備得到不同尺寸的黑磷納米片，并通過Z掃描技術(shù)和泵浦探測技術(shù)，探究黑磷的尺寸依賴非線性性質(zhì)。結(jié)果顯示，黑磷納米片的橫向尺寸越小，其三階非線性系數(shù)越大；調(diào)制深度越大，飽和光強越小、響應(yīng)時間越短，即尺寸越小的黑磷納米片具有更好的光學(xué)性能。作者課題組將較小的黑磷納米片用作光纖激光器的飽和吸收體從而進一步證實了這一結(jié)論。該成果可幫助研究者根據(jù)光學(xué)性能需要選用合適尺寸的黑磷納米片，為黑磷材料在光纖激光器、調(diào)制器等光電器件中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心喻學(xué)鋒研究員及其團隊參與的研究[7]在超小黑鱗量子點方面取得進展(超小黑磷量子點的深紫外飽和吸收及超快動力學(xué)特性)。該研究采用改進的液相分離技術(shù)成功制備超小黑磷量子點材料，并結(jié)合飛秒激光和Z-掃描技術(shù)對黑磷量子點進行檢測。該研究首次報道了黑磷量子點材料紫外波長激發(fā)下超快的載流子壽命，以及黑磷量子點紫外波長超快可飽和吸收特性；基于二維半導(dǎo)體材料光激發(fā)載流子擴散模型提出了黑磷量子點超快載流子壽命的物理機制，并基于第一性原理理論計算驗證了這一物理過程。該工作將有助于深入理解新型二維材料超快非線性光學(xué)底層物理機制，為紫外可飽和吸收鎖模器應(yīng)用提供優(yōu)異的備選材料，對推動紫外超快激光光源獲得及紫外光譜技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)用材料與界面研究中心童麗萍博士與王懷雨研究員及其團隊參與的研究[8]在生物醫(yī)用材料表面功能方面取得進展(肝素、SDF-1α和 CD47 在聚四氟乙烯表面的無交聯(lián)劑共價接枝以抗血栓、促內(nèi)皮化和抗炎癥)。該研究利用氮氣等離子體浸沒離子注入技術(shù)(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)對材料表面進行前處理，之后浸入相應(yīng)的含有生物分子的溶液中孵育一段時間，獲得化學(xué)穩(wěn)定的 PTFE。結(jié)果顯示，PIII 處理后材料表層生成了大量活性自由基，這些自由基能夠不斷地遷移到材料表面，進而與外界環(huán)境中的活性組分發(fā)生反應(yīng)。利用此原理，僅需將 PIII 處理后的PTFE 浸入到含有生物活性分子的溶液中孵育一段時間，即可在無需使用化學(xué)交聯(lián)劑的情況下共價接枝多種生物活性分子。該研究成果為生物醫(yī)用高分子材料表面的多重功能構(gòu)建提供了全新思路，并且拓展了 PIII 技術(shù)在生物材料領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院人體組織與器官退行性研究中心趙曉麗副研究員及其團隊主導(dǎo)的研究[9]在止血材料方面取得進展(靜電噴霧制備殼聚糖-聚乙烯醇微球降低止血過程中的血栓栓塞風(fēng)險)。該研究首先以三聚磷酸鈉為交聯(lián)劑，以靜電噴霧結(jié)合離子凝膠法制備殼聚糖-聚乙烯醇(CS-PVA)微球；其次，通過調(diào)整電噴霧參數(shù)，包括施加的電壓、工作距離、進料速率、聚合物溶液和組分含量調(diào)整微球的尺寸，并通過凝血實驗、肝臟損傷模型和股動脈止血模型來評價微球的止血效果和安全性。結(jié)果顯示，通過電噴霧和離子型凝膠化制備 CS-PVA 微球，直徑可提高到 1.2mm，尺寸分布均一，聚乙烯醇組分提高了微球的溶脹度；在體外凝血實驗中，CS-PVA 微球的凝血時間比對照組降低了 38%；在肝臟止血實驗中，CS-PVA 微球能夠有效縮短出血時間、降低出血量，術(shù)后 2 周的組織學(xué)切片表明組織修復(fù)狀態(tài)良好；在大鼠股動脈的損傷處應(yīng)用 CS-PVA 進行止血，并與粉末狀殼聚糖進行對比可發(fā)現(xiàn)，粉末殼聚糖進行止血后在血管中出現(xiàn)大量堵塞狀的血栓，甚至能夠發(fā)現(xiàn)殼聚糖細小顆粒，而應(yīng)用 CS-PVA 微球止血的血管中未發(fā)現(xiàn)明顯的血栓。殼聚糖-聚乙烯醇微球不僅具有良好的止血性能，還能有效降低殼聚糖在止血過程中所引起的血栓栓塞風(fēng)險，可作為一種新型的高效、安全的止血材料。

中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院人體組織與器官退行性研究中心管敏副研究員及其團隊主導(dǎo)的研究[10]在核受體雌激素相關(guān)受體 alpha(ERRα)調(diào)控線粒體谷氨酰胺回補代謝促進間充質(zhì)干細胞(MSC)分化的分子新機制方面取得進展。該研究首先應(yīng)用 micro-CT、茜素紅 S 染色、堿性磷酸酶檢測、實時定量 PCR 和蛋白質(zhì)印跡法等技術(shù)檢測小鼠的骨量、間充質(zhì)干細胞 MSC 的成骨分化能力以及相關(guān)基因的 mRNA 和蛋白的表達；其次，利用熒光素酶報告系統(tǒng)和染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)檢測 ERRα對谷氨酰胺酶基因啟動子活性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用；最后，利用 ERRα拮抗劑 compound 29、mTOR 抑制劑 rapamycin 和 ERRα或 Gls 慢病毒過表達系統(tǒng)分析 mTOR/ERRα/Gls 通路對 MSCs 成骨分化能力的影響。結(jié)果顯示，衰老可導(dǎo)致 MSC 能量代謝失衡，成骨分化能力減弱；通過雙熒光素酶報告系統(tǒng)、染色質(zhì)免疫共沉淀、化學(xué)抑制劑處理等生化和分子細胞學(xué)實驗證明，線粒體生物合成的關(guān)鍵調(diào)控因子孤核受體 ERRα直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控靶基因 Gls 的啟動子活性，影響 MSC 攝取利用微環(huán)境中的谷氨酰胺，促進 MSC 定向成骨分化，同時此信號通路受到重要的營養(yǎng)感受因子 mTOR 調(diào)控，而過表達 ERRα或 Gls 可明顯增強衰老小鼠原代 MSC 的成骨分化能力。該研究揭示了 MSC 谷氨酰胺回補代謝的新調(diào)控通路 mTOR/ERRα/Gls，影響 MSC 分化所需生物大分子合成的能量補充，增強老化 MSC 的分化潛能，有助于進一步了解MSC 成骨分化機制，為骨質(zhì)疏松癥等骨性疾病的預(yù)防和治療提供一個新的研究視角。

[1]Meng XQ, Yang YT, Zhou LH, Zhang L, Lv YL, Li SP, Wu YY, Zheng MB, Li WJ, Gao GH, Deng GJ,Jiang T, Ni DP, Gong P, Cai LT. Dual-responsive molecular probe for tumor targeted imaging and photodynamic therapy [J]. Theranostics, 2017, 7(7):1781-1794.

[2]Liu LL, Yi HQ, He HM, Pan H, Cai LT, Ma YF. Tumor associated macrophage-targeted microRNA delivery with dual-responsive polypeptide nanovectors for anti-cancer therapy [J].Biomaterials, 2017, 134: 166-179.

[3]Li ZB, Shao JD, Luo Q, Yu XF, Xie HH, Fu HD,Tang SY, Wang HY, Han GL, Chu PK. Cell-borne 2D nanomaterials for ef fi cient cancer targeting and photothermal therapy [J]. Biomaterials, 2017, 133:37-48.

[4]Tang SY, Li Y, Huang H, Li PH, Guo ZN, Luo Q,Wang Z, Chu PK, Yu XF. Efficient enrichment and self-assembly of hybrid nanoparticles into removable and magnetic SERS substrates for sensitive detection of environmental pollutants [J].ACS Applied Materials and Interfaces, 2017, 9(8):7472-7480.

[5]Chang YZ, He LZ, Li ZB, Zeng LL, Song ZH,Li PH, Chan L, You YY, Yu XF, Chu PK, Chen TF. Designing core-shell gold and selenium nanocomposites for cancer radiochemotherapy [J].ACS Nano, 2017, 11(5): 4848-4858.

[6]Xu YH, Jiang XF, Ge YQ, Guo ZN, Zeng ZK, Xu QH, Zhang H, Yu XF, Fan DY. Size-dependent nonlinear optical properties of black phosphorus nanosheets and their applications in ultrafast photonics [J]. Journal of Materials Chemistry C,2017, 5: 3007-3013.

[7]Wang YW, Liu S, Zeng BW, Huang H, Xiao J,Li JB, Long MQ, Xiao S, Yu XF, Gao YL, He J.Ultraviolet saturable absorption and ultrafast carrier dynamics in ultrasmall black phosphorus quantum dots [J]. Nanoscale, 2017, 9(14): 4683-4690.

[8]Gao A, Huang RQ, Li W, Zhang W, Li PH,Wang GM, Bai L, Yu XF, Wang HY, Tong LP,Chu PK. Linker-free covalent immobilization of heparin, SDF-1α, and CD47 on PTFE surface for antithrombogenicity, endothelialization andantiinflammation [J]. Biomaterials, 2017, 140: 201-211.

[9]Chen QC, Liu Y, Wang T, Wu J, Zhai XY, Li YQ, Lu WW, Pan HB, Zhao XL. Chitosan-PVA monodisperse millimeter-sized spheres prepared by electrospraying reduce the thromboembolic risk in hemorrhage control [J]. Journal of Materials Chemistry B, 2017, 5(20): 3686-3696.

[10]Huang TL, Liu RZ, Fu XK, Yao DS, Yang M, Liu QL, Lu WW, Wu CY, Guan M. Aging reduces an ERRalpha-directed mitochondrial glutaminase expression suppressing glutamine anaplerosis and osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells [J]. Stem Cells, 2017, 35(2): 411-424.