基于DNA纳米结构的siRNA输送体系的研究进展

随着多个功能性核酸药物获得FDA的批准,基因治疗近年来取得了长足的进步,迸发了新的青春.小干扰核糖核酸(siRNA)是基因治疗的核心成员,siRNA的高效递送则是其临床转化的关键.不同于传统阳离子脂质体、聚合物等通过静电相互作用实现siRNA的负载压缩形成纳米递送体系,DNA纳米结构通过核酸亲和杂化作用负载功能性核酸,实现siRNA的递送和相应的基因治疗.本文简要回顾了siRNA在基因沉默过程中的功能和机制,介绍了DNA纳米结构作为载体用于功能性核酸递送的基本原理和优缺点,进而详述了几类具有特色的DNA纳米结构用于siRNA递送系统,最后探讨了现有技术存在的挑战,并对本领域的发展做了进一步展望.     

一种用于癌症治疗的硫普罗宁包被载阿霉素的金纳米棒的制备与表征

金纳米材料在医学诊断和治疗领域有着很大的应用前景,其中金纳米棒(AuNRs)更是广泛应用于癌症治疗研究.本文中,硫普罗宁作为一种新型的巯基药物,被用来稳定金纳米棒得到Au-TIOP NRs.阿霉素(DOX)是一种化疗药物,通过与DNA反应扰乱细胞周期,从而诱导细胞凋亡,实验通过静电吸附将阿霉素连接到硫普罗宁包被的金纳米棒的表面从而获得Au-TIOP-DOX NRs,并进行了一系列的表征和初步的细胞毒性实验.另外本文提出,利用金纳米棒的近红外吸收和被动靶向肿瘤细胞的特性可实现肿瘤治疗,更重要的是,巯基药物硫普罗宁的羧基基团可以被DNA/RNA、功能多肽或药物分子等修饰,使金纳米棒成为一种新型的治疗癌症的药物输送系统.     

微球递药系统的开发及其疾病治疗应用

微球作为功能载体,能够用于药物的递送.随着材料科学和技术的发展,微球递药系统的研究逐渐得到了广泛关注.作为一种新兴的药物递送方式,微球递药系统有望克服传统给药方式的诸多局限性.此外,微球具有优异的生物相容性和可控性,可以实现对药物的精准递送和控制释放,从而提高药物的疗效并降低其副作用.基于此,本文首先总结了微球的多种制备方法及常用材料,然后系统总结了具有不同功能的微球递药系统,并概述了其主要疾病治疗应用,最后针对微球递药系统领域面临的挑战和未来发展趋势进行了展望.     

核酸适配体在肿瘤靶向治疗中应用的研究进展

核酸适配体是一类能够特异性地和靶物质结合的寡核苷酸序列.它可作用于蛋白质、金属离子、小分子化合物、细胞膜表面受体等靶标.其结合能力可与抗体相当甚至更强,同时具有低免疫原性、稳定性好等特点,并可结合各种药物及载体构建多元复合靶向给药系统用于肿瘤靶向治疗,在生物医学领域引起了极大的关注.本文综述了核酸适配体结合化疗药物,或以聚合物、无机纳米粒子(碳纳米管、氧化石墨烯、金纳米粒、介孔二氧化硅、量子点和磁性纳米粒)、树枝状分子、脂质体、胶束等纳米粒子为载体的药物传递系统用于肿瘤靶向治疗的最新研究进展.     

功能化二氧化硅纳米材料在肿瘤治疗领域的应用

纳米材料(如脂质体、聚合物胶束、树枝状聚合物)基于其良好的物理化学特性,在药物递送、成像诊断等肿瘤诊疗领域拥有巨大的应用前景.其中,介孔二氧化硅纳米材料(mesoporous silica nanomaterials, MSNs)具有独特的孔径结构、较大的比表面积,并且其粒径大小、形貌结构易于调控,同时结合多种修饰手段,在生物医学领域引起了广泛的关注. MSNs材料功能化修饰后,可作为化学药物、基因、核酸、多肽、蛋白酶等治疗药物载体,在内、外源性刺激触发下,对肿瘤部位进行特异性靶向识别和可控性药物释放,使得肿瘤诊疗一体化成为可能.本文在对MSNs材料独特的物理化学特性进行介绍的基础上,综述了其在现代生物医学中的发展趋势,并展望了其在临床应用中的巨大潜力.     

纳米机器人在靶向药物递送系统中的研究进展

纳米机器人技术在靶向药物递送领域的应用是纳米科学、生物医学、机械工程、力学、电子工程、信息与通信等多学科交叉融合的产物.由于体积小、可自主运动和精确操控,纳米机器人在精准治疗和纳米诊断等生物医学领域展示出巨大的发展潜力.本文从认识纳米机器人技术及靶向药物递送应用需求出发,简单回顾了靶向药物递送技术的发展历程,结合纳米机器人的类型、制造方式以及驱动方式,综述了国内外在靶向药物递送应用领域纳米机器人的研究进展.最后,梳理了纳米机器人在靶向药物递送应用研究中的重点方向,为我国未来的纳米机器人技术研究提供参考.     

核酸抗体在新突发病毒性传染病防治中的应用

新突发病毒性传染病已在全球引起多起疫情的暴发流行,对人类健康、社会稳定和经济发展等造成了严重而深远的影响.目前,疫苗、小分子药物及抗体是预防和治疗新突发病毒性传染病的重要手段,但这些防治手段在实际应用过程中仍面临一些严峻的挑战,因而有必要快速开发一种新型的抗病毒策略.核酸抗体是指将编码特异性中和抗体的mRNA或DNA分子通过递送载体引入体内,然后利用宿主细胞的蛋白质合成机制来表达相应的抗体,进而发挥中和病毒的作用.核酸抗体作为一种新型的生物制剂,其制备工艺简单、易实现快速和大规模生产、应用范围广且便于储存和运输,因而在新突发病毒性传染病防治方面具有良好的应用前景.为此,本文主要综述了核酸抗体的原理及在抗病毒防治中的研究现状,重点阐明了核酸抗体的优势和不同核酸抗体类型的优缺点及其在未来发展中可能面临的严峻挑战和应对策略,以期为核酸抗体在新突发病毒性传染病防治中的应用提供新的研究思路.     

为什么要设计酶催化活体自组装?

自组装纳米材料在药物递送方面的应用具有巨大的潜能.其尺寸的可调控性、病理环境响应性等物理化学行为,使得自组装纳米载体可以通过改进主动靶向、被动靶向、血液长循环等方面来提高药物递送能力.然而,相对于大量基础研究的投入,目前的临床转化依然面临着巨大的挑战.其中除了药物研发固有的高风险特征外,其主要原因还包括自组装纳米材料在体的稳定性、递送效率以及代谢毒性等问题.由此,我们从自然的自组装过程中得到启发,率先发展了活体自组装(in vivo self-assembly)的策略.它是指通过将外源性的分子引入到特定的生理和病理环境下,在细胞、组织甚至活体生物内进行自组装,形成可控的高级有序结构.通过调控其在复杂生物环境下时空可控的组装,从而实现特定的功能.体内自组装纳米药物具有组装诱导滞留(assembly induced retention,AIR)效应,能够显著增强药物在靶点病灶部位的富集和滞留,增强递送效率,提高药物利用率,同时降低药物在肝肾部位的蓄积,降低了毒性副作用,为癌症等重大疾病的诊断和治疗提供了新思路和新策略.     

基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

DNA纳米自组装的研究进展及应用

DNA纳米技术是一种自下而上的分子自组装模式,由分子构造为起点基于核酸分子的物理和化学性质自发地形成稳定结构,遵循严格的核酸碱基配对原则,使得DNA被用作构建结构的材料基元而不是在活细胞中那样作为遗传信息的载体.通过合理地设计碱基链来达成精密控制的纳米级复杂结构的目的,研究人员在这个领域已经建立起诸多二维、三维的复杂纳米结构以及各种具有不同功能的分子机器,比如DNA计算机.本文总结了近年来DNA纳米自组装方面取得的最新进展,同时介绍DNA纳米自组装的几种不同组装方法,并对其相关应用进行了展望.     

计算机分子模拟——2013年诺贝尔化学奖简介

计算机分子模拟技术的发展至今已有半个世纪的历史,现被广泛应用于解决各种复杂化学和生物学问题,比如药物设计和材料设计。2013 年诺贝尔化学奖授予给卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔三位美国科学家,以表彰他们在“发展多尺度模型研究复杂化学体系”上的贡献。这次授奖表明,对于今天的化学家来说,计算机分子模拟已和试管实验同等重要,理论和实践要密切合作才能解决复杂问题。笔者主要介绍计算机分子模拟技术的基本概念、发展简史,以及主要应用领域,并对此技术的未来发展做了展望。     

自然界“军备竞赛”中的材料科学

自然界中的生物材料具有优异的力学性能与独特的功能特性,这主要归功于它们复杂而巧妙的微观组织结构。特别是在长期的自然选择与生存竞争中,生物体进化出各种各样的天然武器,实现强力攻击与稳固防御这两种本身相互矛盾的技能之间的完美平衡。探索自然界"军备竞赛"中的材料科学能够从仿生角度为人造材料的优化设计提供宝贵的启示和灵感。文章阐明了典型天然武器的种类、形式、组织结构和力学性能特征,提炼了它们同步实现进攻与防御效果的共性的内在设计原则,总结了这些原则在促进新型仿生人造材料、器件与装置研发方面应用的最新进展,并进一步探讨了生物力学与仿生材料研究面临的机遇与挑战。     

纳米材料作为重大疾病疫苗载体或佐剂的研究进展

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.     

Recent advances in coupling between quantum dots and nanoelectromechanical resonators

Micro/nanoelectromechanical systems(MEMS/NEMS)have potential applications in sensing,cooling,and mechanical signal processing.Thanks to the development of modern MEMS fabrication techniques,in analogy to photons,phonons in NEMS attract significant research interests recently.Single-electron tunneling events in quantum-dot-like nanostructures have been widely used in mesoscopic transport studies.Quantum dots are also considered as an ideal candidate platform for solid-state quantum computation.The coupling of these two types of systems has vast application prospects in information storage,transfer and also fundamental physics investigations.The most popular system realizing such coupling is a suspended carbon nanotube,in which the local gates can be used to confine a quantum dot,actuate a resonator and tune the resonant frequency.In this review,we focus on recent progress in this coupled system composed of carbon-based materials and discuss device fabrication,coupling mechanisms,and applications.     

Hierarchically-structured metal oxide-based gas sensors for volatile organic compound detection

Metal oxide-based gas sensors have been widely used in portable systems for conventional gas or volatile organic compound(VOC)vapor detection because of their fascinating advantages such as low cost,easy production,compact size and convenient measuring integration.For improving gas sensing properties including sensitivity,selectivity and response speed,many novel nanostructured metal oxides have been investigated as the sensitive materials.Among them,hierarchical structures are promising because of their sufficient inter-spaces which enable gases diffusion through the inner position of the entire sensing film.Here,we provide a summary focusing on the synthesis,gas sensing properties to VOCs and sensing mechanisms of the meso-macroporous SnO_2 hierarchical structures,and a flower-like hierarchical ZnO structure consisting of porous single-crystalline nanosheets.Our review would be able to provide an understanding on the evolution and the challenges of hierarchically structured metal oxide-based gas sensors,and create some new opportunities for the development of gas-sensing techniques.     

靶向EGFR蛋白降解剂及其在非小细胞肺癌中的应用

细胞表皮生长因子受体(EGFR)突变是引起部分非小细胞肺癌(NSCLC)发病的一个主要原因。 目前,临床上对具有EGFR突变的NSCLC患者使用的标准治疗方案是使用靶向EGFR的酪氨酸激酶小分子抑制剂药物。然而,患者使用此类小分子抑制剂药物后不可避免地会出现耐药现象,因此临床亟需发展新的技术来克服耐药现象,提升靶向治疗的长期疗效。由于EGFR突变肺癌以及此类肺癌对靶向药物产生耐药后对EGFR突变蛋白具有高度的依赖性,开发新型蛋白降解剂特异性地降解EGFR致病蛋白为治疗肺癌和克服肿瘤耐药提供了一种极有潜力的解决途径。目前,已经有多种靶向EGFR蛋白降解的策略用于清除肺癌细胞中的EGFR蛋白,包括靶向蛋白降解技术(PROTAC)、溶酶体靶向降解技术(LYTAC)和基于EGFR和TRIB3相互作用的订书肽。文章主要就上述三种技术在EGFR蛋白靶向降解中的研究进展进行综述,并对其在NSCLC治疗中的潜在应用进行探讨。     

生物可降解高分子形状记忆合金的研究和进展

高分子形状记忆材料近年来吸引了许多研究者的目光, 因其低廉的成本、优异的加工性能、良好的回复性、多变的力学和物理性能等优势迅速地发展起来. 但随着石油紧缺和全球暖化等问题, 开发绿色、可降解的生物高分子形状记忆材料成为新的发展趋势. 其中, 绿色材料聚乳酸以其优异的力学强度、生物降解性和生物相容性, 在可降解的生物高分子形状记忆材料的研究和应用方面有很大的发展前景. 本文主要就生物可降解高分子形状记忆材料的发展现状、形状记忆机理、材料选择和国内外最新研究进展等进行了介绍、评述和展望.     

超高压变质作用：地球科学的新热点

超高压质作用是变质压力达2.5Gpa 以上的超深变质作用。以出现柯石英、金刚石等超高压变质矿物为标志。我国大别苏鲁是世界上出露最好、延伸最长的超高压变质带。代表中晚三叠纪扬子陆块向中朝陆块深俯冲过程中巨量陆壳物质曾经进入地幔深度达150Km.超高压变质的形成和折返、隆升岩石记录的精细研究，可以获得变质的PT轨迹，进而重塑“先挤压、后拉张”的构造演化模型。超高压变质作用的研究为板块构造理论在大陆的应用，展开新前景，已经成为地球科学的新热点之一。     

介孔沸石及其催化应用

介孔沸石最近成为催化材料研究领域的热点课题, 这主要是由于它集合了介孔材料以及微孔沸石的优点. 早期的介孔沸石合成方法主要是使用后处理, 包括水热处理、酸处理或者碱处理. 近年来模板的使用成为合成介孔沸石的主要方法, 主要包括介孔碳模板、高分子聚合物、有机硅烷以及纳米无机物等. 本文就模板法合成介孔沸石的进展及其在催化领域方面的应用进行综述, 并探讨今后介孔沸石的研究发展方向.     

月球冶金技术的发展前景

        探月行动自阿波罗登月计划以来经历几次起落,但是可以预见的是,对月球的开发是人类以后将会面临的共同课题。各国对月球的科学研究中,关于月球矿产资源的贫富、分布状况都获得了比较确实的信息,对于这些矿产资源的利用也已经开始了研究。但从冶金工程角度研究月球原位资源利用技术的工作还不多。利用月球自有矿产资源提取金属原料,可以有力保障月球开发过程中的基础建设项目,加快月球开发的速度。通过对月球资源和能源的考察,以月表主要矿物钛铁矿为例,总结了适用于月球环境的冶金方法,并探讨月球冶金工业的建设原则和研究方向。