張先正，武漢大學化學與分子科學學院副院長，生物醫用高分子材料教育部重點實驗室主任。長江學者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創新領軍人才、享受國務院政府特殊津貼、國際生物材料科學與工程學會聯合會(IUSBSE) Fellow、英國皇家化學學會Fellow (FRSC)、中國生物材料學會青年科學家獎獲得者、科技部中青年科技創新領軍人才、教育部新世紀優秀人才計劃、湖北省優秀科技工作者、湖北青年五四獎章金獎、湖北省青年科技獎獲得者。
在此，奇物論編輯部收集了張先正教授課題組2020年以來部分研究成果，供大家學習交流。（因學術水平有限，如有表述不當，敬請批評指正。）
下面將張先正教授課題組研究成果分為：
1.光動力療法
2.代謝療法
3.氣體療法
4.其它
一、光動力療法
1. Biomaterials：功能型COF用于重構細胞外基質以增強腫瘤光動力治療
光動力治療是一種很有前途的腫瘤治療方法。然而，大多數實體腫瘤的乏氧微環境都會阻礙PDT的療效。武漢大學曾旋和張先正教授等人制備了一個功能性的共價有機骨架(COF)結構，它可以通過重塑腫瘤細胞外基質(ECM)來提高PDT的療效。實驗將抗纖維化藥物吡非尼酮(PFD) 負載于以亞胺為基礎的COF (COFTTA-DHTA)中，并利用PLGA-PEG對其進行修飾以得到PFD@COFTTA- DHTA@PLGA-PEG（PCPP）。在被靜脈注射后,PCPP可以在腫瘤部位積累并釋放PFD，使得ECM的HA和膠原蛋白I水平下調，進而有效改善腫瘤的乏氧微環境。此外，由PCPP介導的腫瘤ECM重構也可增強隨后注射的原卟啉IX (PPIX)-共軛肽納米顆粒(NM-PPIX)的腫瘤攝取效果，并通過協同作用大大增強對體內腫瘤的PDT效果。
Shi-BoWang, et al. Remodeling extracellular matrix based on functional covalent organicframework to enhance tumor photodynamic therapy. Biomaterials. 2020
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220300181
2. Biomaterials: AgNPs /卟啉MOF納米體系協同金屬離子療法和光動力療法
基于金屬的治療劑已被廣泛研究用于疾病治療，但仍面臨脫靶和急性毒性等挑戰，精確控制金屬離子的釋放成為迫切需要解決的問題。近日，武漢大學張先正教授課題組設計了一種通過近紅外（NIR）誘導的光動力療法（PDT）控制氧化條件，實現按需激活和釋放金屬離子的納米體系（PAM），應用于抗腫瘤和抗菌領域。
本文要點：
1） 研究人員將銀納米顆粒（AgNPs）修飾到卟啉多孔配位網絡（PCN）上，并用具有炎癥靶向能力的中性粒細胞膜（NM）進一步修飾，來構建PAM。
2）PAM在沒有照射的情況下處于非活動狀態，不會對正常組織造成損害；然而，在腫瘤或受感染組織處照射近紅外輻射時，PCN會局部產生單線態氧（1O2），使AgNPs部分降解以釋放出細胞毒性Ag+，以用于金屬離子治療（MIT）。Ag+的光控活化和釋放使納米體系在循環過程中具有生物惰性，并且毒性可以可控地恢復，巧妙地避免了當前金屬離子包載過程中不可避免的泄漏問題。
3）由于局部電場效應，摻入的AgNPs可以提高PCN產生1O2的效率。因此，在近紅外光的存在下，AgNPs輔助增強的光動力療法與1O2活化的金屬離子治療之間協同相互作用，使PAM在體內外均顯示出優異的抗腫瘤和抗菌能力，且沒有明顯的副作用。
綜上，該研究設計的AgNPs /卟啉MOF納米體系，能夠協同利用金屬離子療法和光動力療法，用于消除腫瘤和病原體。這種近紅外誘導的納米復合物為設計更多以安全、可控和有效地治療疾病的生物材料提供有意義的參考。
LuZhang et al. Near infrared light-triggered metal ion and photodynamic therapybased on AgNPs/porphyrinic MOFs for tumors and pathogens elimination. Biomaterials.2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120029
二、代謝療法
3. Nanoscale：可以干擾乳酸代謝的腫瘤靶向納米平臺用于抑制腫瘤生長和轉移
乳酸是造成酸性腫瘤微環境的主要原因，它不僅會促進腫瘤細胞的增殖，而且與腫瘤的侵襲轉移密切相關。武漢大學程翰和張先正教授等人制備了一種靶向腫瘤的納米平臺Me&Flu@MSN@MnO2-FA，它可以通過干擾腫瘤細胞的乳酸代謝來實現有效的腫瘤抑制和抗腫瘤轉移。實驗將二甲雙胍(Me)和氟伐他汀鈉(Flu)納入被MnO2包覆的介孔硅納米顆粒(MSNs)中，Me與Flu可以發揮協同作用以調節丙酮酸代謝途徑進而產生更多的乳酸，同時也能抑制乳酸的外排，從而誘導細胞內的酸中毒來殺死腫瘤細胞。并且由于乳酸的外排受限，細胞外乳酸的濃度也會降低，因此腫瘤細胞的遷移能力也會隨之減弱。實驗結果表明， Me&Flu@MSN@MnO2-FA的對腫瘤的生長和轉移確實有著非常明顯的抑制作用。
Zhao-XiaChen, et al. A MSN-Based Tumor-Targeted Nanoplatform to Interfere with LactateMetabolism to Induce Tumor Cell Acidosis for Tumor Suppression andAnti-Metastasis. Nanoscale. 2020
DOI:10.1039/C9NR10344A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nr/c9nr10344a#!divAbstract
4. Advanced Therapeutics：線粒體驅動的代謝傳感納米系統--用于癌癥的氧供應和能量阻滯
氧敏特性在許多疾病，特別是癌癥中發揮著重要作用。借助于氧氣調節機制，腫瘤細胞可以刺激血管形成和重塑新陳代謝，從而實現有效的增殖，但腫瘤微環境的缺氧特征明顯限制了許多氧依賴性抗腫瘤治療?；诖?，武漢大學張先正、程翰等人設計并構建了一個線粒體靶向和三磷酸腺苷(ATP)響應的納米系統，以干擾線粒體呼吸。此系統通過阻斷ATP和內源性氧的轉移，觸發了惡性腫瘤的代謝治療和增強光動力治療。
本文要點：
1）通過將藥物白藜蘆醇(RES)引入到多孔配位聚合物PCN-224(RES@PCN)中，合成了此納米體系。
2）RES@PCN納米顆粒通過EPR效應靶向腫瘤部位后，PCN的遞送賦予了RES@PCN納米顆粒靶向線粒體的能力。隨后，ATP在腫瘤細胞線粒體中過表達，通過配位取代使PCN結構解體，同時導致被包埋的藥物RES釋放。作為一種ATP酶抑制劑，RES會干擾腫瘤細胞呼吸鏈的新陳代謝，引發ATP阻斷的代謝療法。
3）抑制線粒體呼吸減少了內源性氧的消耗。多余的氧在光動力療法中作為“氧庫”，產生有毒的活性氧。綜上所述，線粒體驅動的代謝干擾系統通過呼吸抑制藥物氧轉移和ATP阻斷成功地實現了協同光動力和代謝治療，這一策略在癌癥治療方面有很大的潛力。
Shuang-ShuangWan, et al. A Mitochondria‐Driven Metabolic Sensing Nanosystem forOxygen Availability and Energy Blockade of Cancer. Advanced Therapeutics, 2020.
DOI:10.1002/adtp.202000019
https://doi.org/10.1002/adtp.202000019
三、氣體療法
5. AM：腫瘤光穿透差？試試無線充電
傳統的光療法面臨著光穿透不足，難以到達深部病灶的問題，這大大降低了癌癥治療的可行性。于此，武漢大學張先正教授等人開發了一種可植入的一氧化氮（NO）釋放裝置，以實現對癌癥的長期、遠距離、遠程可控氣體治療。
本文要點：
1）該裝置由一個無線供電的發光二極管（wLED）和用聚二甲基硅氧烷（PDMS）包裹的S-亞硝基谷胱甘肽組成，從而獲得NO釋放wLED（NO-wLED）。
2）研究發現，無線充電可以觸發NO-wLED釋放NO，產生的NO濃度達到0.43×10-6 m min-1，這可以實現對癌細胞的殺傷作用。
3）體內抗癌實驗表明，當植入的NO-wLED通過無線充電輻照時，原位癌的生長表現出明顯的抑制作用。此外，手術后NO-wLED產生的NO可以預防癌癥的復發。
通過體內照明，該策略克服了傳統光療法穿透力差、波長依賴性大的缺點，這也為通過無線充電遠程控制的體內氣體療法提供了一種有前景的方法。
Li,B., et al., Nitric Oxide Release Device for Remote‐ControlledCancer Therapy by Wireless Charging. Adv. Mater. 2020, 2000376.
https://doi.org/10.1002/adma.202000376
6. Biomaterials：仿生CO納米發生器用于I型糖尿病治療
糖尿病是一個日益嚴重的健康問題，并伴有嚴重影響患者生活質量和生存的炎癥性并發癥。一氧化碳(CO)因其抗炎、抗凋亡等特性，已成為治療自身免疫性疾病的潛在治療分子。在此，武漢大學張先正、曾旋、Rong Lei等人構建了一種基于介孔二氧化硅的仿生CO納米生成器(mMMn)，用于I型糖尿病治療。
本文要點：
1）此發生器負載有羰基錳（MnCO是一種CO分子前體藥，在H2O2和·OH等活性氧刺激下能釋放CO氣體），并用巨噬細胞膜進行偽裝。在巨噬細胞膜主動靶向炎癥部位的驅動下，設計的mMMn可以有效地在I型糖尿病小鼠（連續給藥鏈脲佐菌素（STZ））胰腺組織中蓄積。
2）研究發現，胰腺局部活性氧(ROS)可觸發mMMn持續釋放CO，通過減輕炎癥反應和抑制β細胞凋亡，極大改善了糖尿病小鼠的血糖穩態。綜上所述，外源性CO靶向胰腺組織為I型糖尿病的治療開辟了一條新的途徑。
ChengZhang, et al. Biomimetic carbon monoxide nanogenerator amelioratesstreptozotocin induced type 1 diabetes in mice. Biomaterials, 2020.
DOI：10.1016/j.biomaterials.2020.119986
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.119986
四、其它
7. Chem.Sci：分子雞尾酒策略用于細菌“指紋”檢測
越來越多的證據表明，微生物在調節人體健康和疾病方面起著至關重要的作用。因此，檢測微生物對于理解微生物與疾病的相互作用以及進一步的疾病檢測是非常有意義的。武漢大學張先正教授等人開發了一種聯合代謝標記策略，即通過具有紅、綠、藍(RGB)三種不同熒光的代謝物衍生物來識別不同的細菌種類和微生物群。
本文要點：
1）與微生物共孵育后，這些熒光代謝物衍生物可與細菌結合，形成針對不同菌種、不同菌群的獨特真彩“指紋”。該研究還構建了一種便攜式光譜儀，可用智能手機自動進行比色分析，以方便地識別不同的細菌種類和微生物群。
2）實驗通過對皮膚感染、菌血癥等不同疾病小鼠的某些菌種和菌群的鑒定，驗證了該策略的有效性；并通過對臨床患者和健康人唾液樣本的微生物菌群“指紋”進行圖譜分析，證明了該策略能對口腔鱗癌、癌前的病變和健康狀態進行準確地區分。
ShengHong. et al. RGB-Emitting Molecular Cocktail for the Detection of BacterialFingerprints. Chemical Science. 2020
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc01704c#!divAbstract
奇物論報道的2019年張先正教授課題組部分研究：（點擊下方鏈接入口）
張先正教授簡介：
張先正，男，出生于1971年8月，1994年于武漢大學獲學士學位，1997年于武漢大學獲碩士學位，2000年于武漢大學獲博士學位。2000年9月至2001年8月在新加坡材料研究所(IMRE)作ResearchAssociate。2001年9月至2004年9月在美國康奈爾大學(CornellUniversity)作博士后。自2004年9月起在武漢大學化學與分子科學學院高分子系任教授。
長期從事生物醫用高分子/多肽的研究，包括腫瘤診斷與治療、藥物傳遞、基因治療等，研究成果獲教育部自然科學一等獎1項、二等獎1項、湖北省自然科學一等獎1項。已在ProgPolym Sci、Nat. Commun.、AdvMater、JACS、Angew Chem Int Ed、Nano Lett、ACS Nano、AdvFunc Mater、Biomaterials、Small等期刊發表SCI論文450多篇，論文SCI他引14000多次，H因子63。2015-2018年連續入選中國高被引學者榜單（材料科學）。參與撰寫學術專著4部（共4章）。申報國內外專利20余項，部分專利已轉讓。
目前擔任武漢大學化學與分子科學學院副院長，生物醫用高分子材料教育部重點實驗室主任，中國生物材料學會理事會常務理事，中國生物材料學會醫用高分子材料分會副主任委員，中國材料研究學會高分子材料與工程分會常務理事，中國化學會高分子學科委員會委員等。Materials Today Chemistry 主編、Materials Today、Molecular Pharmaceutics、中國科學-化學、高分子學報、化學學報、功能高分子、高分子材料科學與工程、膠體與聚合物等國內外期刊編委等。
（注：文中人物簡介文字及圖片來源于網絡）
