JACS/Angew等6篇丨彭孝军院士课题组近期肿瘤光学治疗工作集锦
NanoLabs 2020-03-27


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彭孝军,大连理工大学教授、博士生导师;中国科学院院士;精细化工国家重点实验室主任、辽宁省精细化工工程中心主任;国务院学科评议组成员、国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、辽宁省首届攀登学者;

 
课题组主要研究方向
1.功能性染料及其应用:
染料分子结构与功能的调控;染料超分子体系的光诱导分子内电子转移、电荷转移、能量转移;数码打印用染料及信息记录材料。
2.染料荧光探针:
荧光染料的识别及荧光响应的调控,荧光探针及其在生物分析、医学诊断、环境监测中的应用。
3.精细化学品清洁制备技术:
精细化学品合成新技术、功能微球的构建技术、精细化工节能降耗新技术。
 
下面,奇物论编辑部针对彭孝军教授近期的部分研究进行总结,供大家学习和交流!(注:以通讯作者为主,如有漏选和错选,望批评指出)
 
1. AM:加个自由旋转基团,光热转换效率高达88.3%!

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由于光热剂(PTA)的光热转换效率(PCE)低,传统的光热疗法需要高强度的激光激发来治疗癌症。具有超高PCE的PTA可以降低所需的激发光强度,从而可以在深层组织中进行安全有效的治疗。于此,大连理工大学彭孝军院士和孙文等人通过在中间位置(tfm-BDP)上引入-CF3“无障碍”转子,在BODIPY支架的基础上合成了具有88.3%的高PCE的PTA。
 
本文要点:
1无论是在基态还是激发态,tfm-BDP中的-CF3部分都没有旋转的能量屏障,使得它能够有效地将吸收的(NIR)光子作为热量散发。
2重要的是,将tfm-BDP封装到聚合物纳米颗粒(NPs)中之后,-CF3的无障碍旋转可以保持。
3因此,在静脉注射tfm-BDP-NPs后,安全强度0.3 W cm-2,808 nm)的激光照射可导致荷瘤小鼠肿瘤完全消融。这种“无障碍轮换”策略为将来设计用于临床癌症治疗的PTT药剂提供了新平台。

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Xi,D., et al., NIR Light‐Driving Barrier‐Free Group Rotation inNanoparticles with an 88.3% Photothermal Conversion Efficiency for PhotothermalTherapy. Adv. Mater. 2020, 32, 1907855.
https://doi.org/10.1002/adma.201907855
 
2. JACS:两步节氧策略,克服光疗缺陷!

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肿瘤缺氧已被证明是光动力疗法(PDT)向临床转化的主要瓶颈。与传统的氧气输送方式不同,这里大连理工大学彭孝军院士、高丽大学Jong Seung Kim等人描述了一种创新的二元光动力节氧器(PDOE)策略,通过设计一种以线粒体呼吸为靶点的超氧化物自由基(O2•–)发生器,称为SORgenTAM,来逆转缺氧驱动的阻力。
 
本文要点:
1该PDOE系统能够阻断细胞内氧的消耗,下调HIF-1α的表达,成功地挽救了肿瘤细胞的缺氧状态,减轻了体内肿瘤固有的缺氧负担,从而为PDT过程预留了足够的内源性氧气。
2光敏化机理研究表明,SORgenTAM具有理想的系统间交叉率和三重态激发态寿命,通过Ⅰ型光化学产生O2•–,生成的O2•–可以进一步触发生物级联,以O2可回收的方式降低PDT对O2的需求。此外,SORgenTAM还激活AMPK代谢信号通路,抑制细胞修复,促进细胞死亡。因此,使用这种两步节氧策略,在相对较低的光照剂量下,对缺氧肿瘤取得了良好的治疗效果。这项研究为克服光疗的缺陷提供了一个概念性的、实用的范例。
 

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Mingle Li,et al. UnimolecularPhotodynamic O2-Economizer To Overcome Hypoxia Resistance in Phototherapeutics, J. Am. Chem. Soc., 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c00734
https://doi.org/10.1021/jacs.0c00734
 
3. JACS: 喷一喷,酶激活荧光探针实现追踪转移性癌症和图像指导的手术

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恶性肿瘤的复发主要是由于手术切除不彻底所致。特别是由于缺乏明确区分正常组织和肿瘤组织边界范围的有效手段,外科医生以视觉检查和触诊为主难以发现和准确切除转移性肿瘤。因此,在临床上开发肿瘤组织比正常组织高(T/N)的活性荧光探针显得尤为迫切。

鉴于CD13/氨基肽酶N(APN)作为一种肿瘤特异性生物标记物,介导恶性肿瘤的进展、侵袭和转移,于此,大连理工大学彭孝军和韩国梨花女子大学Juyoung Yoon等人报道了一种APN响应型荧光探针YH-APN,并证明了其在肿瘤细胞鉴别中的应用。
 
本文要点:
1通过原位喷雾方式,获得了优异的荧光肿瘤与正常组织(T/N)比率(皮下移植肿瘤为13.86;肝转移为4.42和6.25;脾转移为4.99)。
2更重要的是,研究人员已经展示了对直径小于1毫米的转移肿瘤组织成像的能力,突显了这种探针用作外科手术切除工具的潜力。这项研究可能会促进可酶激活的荧光探针在肿瘤诊断和图像引导手术(IGS)方面的应用。


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Haidong Li, et al. Aminopeptidase NActivatable Fluorescent Probe for Tracking Metastatic Cancer and Image-GuidedSurgery via in Situ Spraying. Journal of the American Chemical Society 2020.
DOI: 10.1021/jacs.0c01365
https://doi.org/10.1021/jacs.0c01365
 
4. Angew:可激活的AIEgen探针检测肿瘤酶活性


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监测酶过度表达的波动有助于早期发现和切除肿瘤。有鉴于此,韩国梨花女子大学Juyoung Yoon和大连理工大学彭孝军院士等研究人员,合成了一种用于碱性磷酸酶(ALP)活性成像的AIEgen探针(DQM-ALP)。
 
本文要点:
1探针由喹啉-丙二腈(QM)核组成,以亲水性磷酸基团作为ALP识别单元。在ALP存在下DQM-OH聚集体的快速释放导致了聚集体诱导荧光。用DQM-ALP成像肿瘤细胞ALP表达的上调。
2该探针在双光子显微镜平台上渗透到三维颈部和肝脏肿瘤球体中,以高空间分辨率成像空间异质性ALP活性,为亚毫米级肿瘤的发生提供荧光引导识别。DQM-ALP使肿瘤与正常组织在体内外的分化成为可能,这表明该探针可作为肿瘤切除术中辅助外科医生的有力工具。 


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Haidong Li, et al. An Activatable AIEgenProbe for High‐Fidelity Monitoring ofOverexpressed Tumor Enzyme Activity and Its Application to Surgical TumorExcision. Angewandte Chemie International Edition, 2020.
DOI:10.1002/anie.202001675
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001675
 
5. JACS:杂交介导的Staudinger还原技术检测MicroRNA用于胰腺癌诊断


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 胰腺癌早期病理阶段的发生和发展已被证明与microRNAs有关。然而,直接监测活细胞、组织和血清样本中microRNA的低表达和下调仍然是一个巨大的挑战。在此,大连理工大学彭孝军和肖桂山研究团队首次将Staudinger还原技术应用于细胞内microRNA的检测,建立了一套包含设计寡核苷酸序列的智能杂交介导的Staudinger还原探针(HMSR探针)。同时,对40份血清标本(健康人6例,胰腺炎患者22例,胰腺癌患者12例)进行检测,探讨其潜在的临床应用价值。
 
本文要点:
1值得注意的是,与核酸结合的分子将反应位点限制在一个紧凑的空间内,而来自Staudinger反应的非连接产物有助于周转扩增达到改善的检测限(1.3×10-15M)。
2此外,与qRT-PCR相比,该探针的假阳性信号低,特异性好,更适合于血样中胰腺癌的诊断。
3在实际应用中,HMSR探针可以在488 nm和785 nm下对细胞和组织样本进行准确的区分,并与已知检测手段具有良好的一致性。作为概念验证,区分不同病理阶段胰腺癌患者的可靠结果可能为内源性microRNA检测在基础研究和临床诊断中提供一种可行方法。


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Liman Xian, et al.MicroRNA Detection with Turnover Amplification via Hybridization-MediatedStaudinger Reduction for Pancreatic Cancer Diagnosis. J. Am. Chem. Soc., 2019.
https://doi.org/10.1021/jacs.9b11272
 
6. Biomaterials:过氧化氢酶脂质体逆转免疫抑制肿瘤微环境及增强肿瘤化学光动力学治疗


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光动力疗法(PDT)和化疗已成为肿瘤治疗的一种有前景的方法。然而,肿瘤微环境固有的缺氧状态极大地限制了其抗癌效果,尤其是光动力疗法(PDT)。近日,大连理工大学彭孝军院士的研究小组,开发了一种独特的脂质体包裹过氧化氢酶(CAT)、溶血靶向近红外光敏剂(MBDP)和阿霉素(Dox),形成FA-L@MD@CAT,通过催化瘤内高表达的H2O2来增加肿瘤的氧合,从而增强化疗-PDT的结合。
 
本文要点:
1增强的肿瘤氧合不仅促进单线态氧(1O2)的产生,而且通过调节免疫细胞因子来逆转免疫抑制的TME,有利于抗肿瘤免疫,从而显著诱导肿瘤死亡。
2值得注意的是,该系统还实现了对叶酸受体上调的肿瘤的特异性识别,并改善了肿瘤内的积聚。本工作为提高肿瘤治疗指数提供了一种有效的策略,具有良好的临床应用前景。

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ChaoShi, Mingle Li, Zhen Zhang, et al. Catalase-based liposomal for reversingimmunosuppressive tumor microenvironment and enhanced cancer chemo-photodynamictherapy. Biomaterials, 2020.
DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.119755
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220300016
 
个人简介:


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彭孝军教授,大连理工大学教授、国家杰出青年基金获得者,教育部“长江学者”特聘教授、中国科学院院士。精细化工国家重点实验室主任、国务院学科评议组成员。大连理工大学学士、硕士、博士学位,南开大学博士后,瑞典斯德哥尔摩大学和美国西北大学访问学者。主要从事精细化工研究,包括高性能染料、荧光探针、光学材料,在数码彩色打印、血液细胞分析系统等领域获得产业化应用,分别获得2006年国家技术发明二等奖和2013年国家自然科学二等奖。2015起连续入选Thomson Reuters全球"高被引科学家"。2017年当选中国科学院院士。
(以上内容整理自网络和彭孝军教授课题组网站:http://peng-group.dlut.edu.cn/index.htm)

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