2017上半年生物材料前沿技術(shù)在醫(yī)療科學(xué)的應(yīng)用研究
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1、Nat. Rev. Mater. 綜述:反思癌癥納米診療技術(shù)
圖1 用于監(jiān)控藥物釋放的納米診療制劑
美國國立衛(wèi)生研究院的陳小元教授(通訊作者)和佐治亞大學(xué)的Xie Jin (通訊作者)等人在著名期刊Nature Reviews Materials上發(fā)表了題為“Rethinking cancer nanotheranostics”的綜述文章。該綜述闡述了癌癥納米診療技術(shù)的基本原理以及癌癥納米診療學(xué)的發(fā)展歷程。他們還重點關(guān)注了新型方法對臨床應(yīng)用的影響,包括對病人分層次診療以區(qū)分出受益于納米治療的亞群;跟蹤藥物釋放和滲透腫瘤的情況;成像引導(dǎo)的聚焦治療以及對治療反饋的檢測。此外,該文章也列舉了納米診療學(xué)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn),包括全面表征個體腫瘤;了解并預(yù)測納米粒子與腫瘤的相互作用以及設(shè)計納米藥物以優(yōu)化治療方案。
2、Chem. Rev. 綜述:用于成像和治療腫瘤乏氧的功能化探針的化學(xué)設(shè)計和合成
圖2 腫瘤乏氧成像和治療示意圖
來自上海硅酸鹽所的施劍林研究員和劉佳男助理研究員以及上海硅酸鹽所研究員、華東師范大學(xué)教授步文博(共同通訊)概述了迄今為止發(fā)布的關(guān)于乏氧性腫瘤成像和治療的報告。首先,以熒光成像、正電子發(fā)射斷層掃描、磁共振成像和光聲成像的順序,文章介紹了可以非侵入式應(yīng)用于圖像乏氧的各種乏氧反應(yīng)探針的設(shè)計理念??偨Y(jié)了可用于有效治療腫瘤乏氧的最新功能納米材料,最后還討論了該領(lǐng)域研究人員面臨的挑戰(zhàn)和未來前景。上述內(nèi)容以“Chemical Design and Synthesis of Functionalized Probes for Imaging and Treating Tumor Hypoxia”為題發(fā)表在了Chemical Reviews上。
3、Adv. Mater. 綜述:用于癌癥放療的新型納米技術(shù)與先進(jìn)材料
圖3 X射線與高Z元素材料納米粒子的相互作用
吸收輻射線的納米材料可用作放射敏化劑在腫瘤內(nèi)沉積輻射能量并促進(jìn)治療功效。納米載體能夠?qū)⒅委熜苑派湫酝凰剌斔偷絻?nèi)部RIT的腫瘤或協(xié)同組合化學(xué)放療的化學(xué)治療藥物,通過各種納米醫(yī)學(xué)方法調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境,克服與乏氧相關(guān)的耐輻射性。最近,蘇州大學(xué)劉莊課題組在Advanced Materials上發(fā)表了最新綜述:Emerging Nanotechnology and Advanced Materials for Cancer Radiation Therapy??偨Y(jié)了納米醫(yī)學(xué)在RT癌治療中的應(yīng)用,并特別關(guān)注了癌癥RT先進(jìn)材料的最新進(jìn)展。
4、Adv. Mater. 綜述:刺激驅(qū)動型的轉(zhuǎn)化診療制劑用于癌癥相關(guān)多模式成像和治療
圖4 透明質(zhì)酸驅(qū)動轉(zhuǎn)化診斷制劑
生物信息學(xué)、基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的進(jìn)步促進(jìn)了新型抗癌藥物的開發(fā)。診療學(xué)將診斷和治療系統(tǒng)性的結(jié)合,因在精準(zhǔn)治療上的優(yōu)秀表現(xiàn)而備受關(guān)注。因此,美國國立衛(wèi)生研究院的陳小元教授(通訊作者)和韓國梨花女子大學(xué)的Juyoung Yoon教授(通訊作者)等人在著名材料類期刊Advanced Materials上發(fā)表了題為“Cancer-Associated, Stimuli-Driven, Turn on Theranostics for Multimodality Imaging and Therapy”的綜述文章。該綜述重點關(guān)注刺激響應(yīng)在診療上的應(yīng)用,不僅闡述了診斷和治療應(yīng)用于診療藥物的基本原理,還討論了刺激響應(yīng)診療藥物轉(zhuǎn)化的方法。
5、Chem. Soc. Rev. 綜述:高性能熒光和生物發(fā)光RNA成像探針的最新進(jìn)展
圖5 各種外源和內(nèi)源RNA成像探針結(jié)合靶向RNA的圖解說明
西安電子科技大學(xué)的王忠良教授、中國科學(xué)院田捷研究員、美國國立衛(wèi)生研究院的陳小元研究員(共同通訊)等人總結(jié)了最先進(jìn)的高性能RNA成像探針,包括可以對具有特殊修飾的RNA序列成像的外源探針和可直接成像而無需特殊處理的內(nèi)源性探針,并對每個探針都詳細(xì)地論述了其結(jié)構(gòu)和成像原理。此外,還總結(jié)了mRNA和miRNA成像探針在研究生命過程以及檢測癌癥中的應(yīng)用。上述內(nèi)容以“Recent advances in high-performance fluorescent and bioluminescent RNA imaging probes”為題發(fā)表在了2017年3月27號的Chemical Society Reviews上。
6、Adv. Mater. 綜述:納米腫瘤藥物的合理設(shè)計:納米特性的整合與同步
圖6 高效納米粒子所需要的性質(zhì)
目前治療癌癥的納米顆粒僅能減輕副作用,不能增強(qiáng)療效。新一代納米顆粒的合理設(shè)計應(yīng)該以增強(qiáng)療效為目的。因此,浙江大學(xué)的申有青教授(通訊作者)等人在著名材料類期刊Advanced Materials上發(fā)表了題為“Rational Design of Cancer Nanomedicine: Nanoproperty Integration and Synchronization”的綜述文章。從納米顆粒遞送藥物的過程入手,分析總結(jié)了五步級聯(lián)(CAPIR)以及影響每一步的關(guān)鍵性質(zhì)。該過程中納米顆粒的穩(wěn)定性、表面性質(zhì)、粒徑的變化是影響納米顆粒行為的主要因素,簡稱3S轉(zhuǎn)變。3S轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計高效的納米顆粒和臨床轉(zhuǎn)化指明了方向。
7、Adv. Mater. 綜述:動態(tài)納米顆粒組裝體應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)
圖7 刺激-響應(yīng)的納米顆粒組裝體在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用示意圖
浙江大學(xué)的凌代舜(通訊作者)等人在頂級期刊Advanced Materials上發(fā)表了一篇題目為“Dynamic Nanoparticle Assemblies for Biomedical Applications”的綜述,詳細(xì)總結(jié)了刺激-響應(yīng)納米顆粒組裝體的進(jìn)展和挑戰(zhàn)。在這篇綜述中總結(jié)了刺激-響應(yīng)的動態(tài)納米顆粒組裝體在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的最新進(jìn)展,這里的納米顆粒主要是無機(jī)納米顆粒(如磁性納米顆粒、量子點、貴金屬納米顆粒)。文章的內(nèi)容有:(1)用于生物醫(yī)學(xué)的動態(tài)納米顆粒組裝體的設(shè)計制備;(2)用于刺激納米顆粒組裝體的幾種刺激;(3)評論和展望。
8、Chem. Rev. 綜述:用于體內(nèi)成像的納米材料
圖8 納米材料用于體內(nèi)成像
來自美國斯坦福大學(xué)的Bryan Ronain Smith教授和Sanjiv Sam Gambhir教授(共同通訊)等人基于納米材料的物理化學(xué)組成對其核磁性能、光學(xué)、聲學(xué)性能進(jìn)行了詳盡討論,并對其性能相關(guān)信息在臨床前和臨床中的應(yīng)用都進(jìn)行了評估,同時對其與化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)的安全性、模塊性以及關(guān)鍵特性都進(jìn)行了討論。相關(guān)研究以“Nanomaterials for In Vivo Imaging”為題發(fā)表在了2017年1月3日的Chemical Reviews上。
9、Acc. Chem. Res. 綜述:生物響應(yīng)性水凝膠
圖9 水凝膠在生物傳感和藥物傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用
美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Nicholas A. Peppas(通訊作者)等人綜述了四種不同類型的分析物響應(yīng)型的水凝膠、并探討這些材料是如何整合到生物傳感和藥物輸送系統(tǒng)中。這些內(nèi)容以“Analyte-Responsive Hydrogels: Intelligent Materials for Biosensing and Drug Delivery”為題于2月7日發(fā)表在頂級綜述期刊Accounts of Chemical Research上。
10、Adv. Mater. 綜述:新興的生物制造策略用于設(shè)計復(fù)雜的組織構(gòu)建
圖10 3D打印技術(shù)和紡織制造技術(shù)
加拿大維多利亞大學(xué)的助理教授Mohsen Akbari(通訊作者)等人在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Emerging Biofabrication Strategies for Engineering Complex Tissue Constructs”的綜述文章。該篇綜述關(guān)注了3D打印技術(shù)和紡織制造技術(shù)在組織工程學(xué)的應(yīng)用,并且探討了構(gòu)建和功能化復(fù)雜組織的關(guān)鍵要素,這些要素包括結(jié)構(gòu)、物理、生物學(xué)以及經(jīng)濟(jì)學(xué)參數(shù)。最后作者還介紹了生物制造策略在神經(jīng)、皮膚以及肌肉組織工程方面的開拓性工作。
11、ACS Nano 綜述:納米技術(shù)強(qiáng)化免洗生物傳感器用于癌癥體外診斷
圖11 各種體外癌癥診斷的免洗生物傳感器
美國國立衛(wèi)生研究院的陳小元教授(通訊作者)和南昌大學(xué)的熊勇華研究員 (通訊作者)等人在ACS Nano上發(fā)表了題為“Nanotechnology-Enhanced No-Wash Biosensors for in Vitro Diagnostics of Cancer”的綜述文章。該文章全面地綜述了納米技術(shù)強(qiáng)化的免洗生物傳感器,并且重點分析了這些技術(shù)用于癌癥早期診斷標(biāo)志物的內(nèi)在機(jī)理,這些標(biāo)志物包括小分子、蛋白質(zhì)以及癌癥細(xì)胞。此外,該文還展現(xiàn)了該領(lǐng)域一些尚未解決的難題和對未來的展望。
12、Biomaterials 綜述:用于下一代體外間接免疫組織工程學(xué)的生物材料創(chuàng)新
圖12 未來生物材料工程學(xué)以及初級和二級淋巴組織的功能化構(gòu)建模塊
利用生物材料設(shè)計功能化、活性免疫組織能夠使得研究人員可以重現(xiàn)免疫活動。而在可調(diào)參數(shù)的作用下,這一研究行為可以加速免疫治療技術(shù)以及細(xì)胞治療技術(shù)的發(fā)展、加強(qiáng)對基礎(chǔ)生物學(xué)的理解并且提高再生醫(yī)學(xué)的效力。有鑒于此,美國康奈爾大學(xué)的Ankur Singh(通訊作者)在期刊Biomaterials上發(fā)表了題為“Biomaterials innovation for next generation ex vivo immune tissue engineering”的綜述文章。作者綜述了初級和二級淋巴組織的生物工程學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀,提供了構(gòu)建這些免疫器官所需要的生物材料創(chuàng)新。
(審核編輯: 林靜)