國家納米科學中心定位于納米科學的基礎和應用基礎研究，目標是建成具有國際先進水平的研究基地、面向國內外開放的納米科學研究公共技術平臺。近年來，在納米生物與醫學研究領域取得系列成果。
奇物論編輯部對部分成果進行解讀，現摘錄如下，供相關領域研究人員交流討論。
1. Nature Materials：DNA納米機器疫苗，為癌癥免疫治療提供新思路！
國家納米科學中心丁寶全等人描述了一種利用基于DNA的納米技術來引發針對癌癥治療的強大的腫瘤特異性免疫應答的策略。即設計了一種DNA機器納米結構，既可以保護抗原/佐劑有效載荷免受細胞外核糖核酸酶的干擾，又可以介導其有效轉運至引流淋巴結（dLNs）。該DNA納米器件疫苗以驚人的但可控制的免疫原性精確組裝抗原和佐劑，減少了由于非特異性遞送TLR激動劑而引起的不良反應。
可以通過大量生產DNA折紙結構來大大降低折疊式DNA納米器件的成本，從而可以進行未來的臨床研究。該DNA納米器件可能會激發更多納米平臺的設計，以有效地共同遞送和控制釋放多種治療性貨物，從而實現安全有效的聯合治療。刺激響應性納米器件系統也可以為生產個性化的癌癥疫苗開辟一條道路。
參考文獻：
Liu, S., et al. A DNA nanodevice-based vaccine forcancer immunotherapy. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0793-6
2. Nature Nanotech.：納米粒子變形記，滯留于腫瘤久一點
國家納米中心王磊研究員和加州大學戴維斯分校Kit S. Lam等人設計并合成了一種智能超分子肽BP-FFVLK-YCDGFYACYMDV，在體內受體HER2介導下進行結構轉化，以作為一種單一療法即可進行HER2+腫瘤治療（常需要聯合療法）。這些基于結構轉換的超分子肽代表了一類受體介導的靶向抗癌納米療法。
實驗證明了NPs1本身作為一種單一療法是無毒的，并且可以有效治愈大量攜帶HER2+乳腺癌異種移植的小鼠。經過實驗比較，證實了在這種原位可轉化納米技術中配體-受體相互作用的重要性。因此，細胞表面受體介導的可轉化肽納米平臺具有巨大的臨床潛力。
參考文獻：
Zhang, L., Jing, D.,Jiang, N. et al.Transformable peptide nanoparticles arrest HER2 signalling and cause cancercell death in vivo. Nat. Nanotechnol. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0626-4
3. Nature Nanotech：肺部長期暴露于多壁碳納米管會增強乳腺癌的級聯轉移
碳納米管具有類似石棉的纖維結構和物理性質，最近在人類的肺組織中被發現。而關于碳納米管誘導的肺部病理研究大多局限于肺部或鄰近組織的炎癥或腫瘤病變。中國科學技術大學朱濤教授團隊和國家納米科學中心陳春英團隊合作，證明了肺部長期暴露于多壁碳納米管后可顯著增強血管生成和原位乳腺癌的侵襲性，進而導致其向肺部和其他器官的轉移。其機理在于暴露于多壁碳納米管后會刺激產生局部和全身性炎癥，這有助于形成轉移前和轉移性小生境。這一研究結果表明，納米材料誘發的肺部病變會對腫瘤的發生發展產生復雜而長期的影響。
參考文獻：
Xuefei Lu?, ChunyingChen, Tao Zhu?. et al. Long-term pulmonary exposure tomulti-walled carbon nanotubes promotes breast cancer metastatic cascades. NatureNanotechnology. 2019
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0472-4
4. Nature BME：雙管齊下，有望突破腫瘤治療20多年研究瓶頸！
國家納米科學中心聶廣軍研究員、趙宇亮院士、吳雁研究員等人開發了一種將凝血酶和化療藥物阿霉素（Dox）整合到單個納米載體中以同時殺死腫瘤的藥物共遞送納米系統。與兩種藥物的順序給藥相反，研究人員假設這樣的納米系統將通過同時影響腫瘤活力的兩個獨立方面（即腫瘤血液供應和癌細胞增殖）來引發協同效應，從而避免了與兩種單獨給藥的次優給藥和調度相關的問題。為了開發更經濟可行的納米載體，從而促進將血管阻斷療法轉化為臨床實踐，研究人員選擇了高分子大分子殼聚糖，由于其生物相容性和生物可降解性，被認為是一種可行的藥物材料，作為本研究中構建藥物共載納米系統的基石。
參考文獻：
Li,S., et al. Combination oftumour-infarction therapy and chemotherapy via theco-delivery of doxorubicinand thrombin encapsulated in tumour-targetednanoparticles. Nat Biomed Eng(2020).
https://doi.org/10.1038/s41551-020-0573-2
5. Nature Communications：新型腫瘤選擇性級聯激活自滯留系統用于藥物傳遞和癌癥成像
藥物遞送一直是人們關注的熱點問題。傳統的分子化療藥物和造影劑在體內會被快速代謝清除，所以生物利用度不到3%。納米藥物雖然具有被動靶向和主動靶向效應，但是在體內的滯留情況差強人意，很多情況下只有不到5％的注射劑量到達實體瘤。此外，大多數納米藥物通過非特異性攝入而沉積在肝臟和脾臟中，從而引起系統毒性。近日，國家納米科學中心趙宇亮院士、王浩研究員與哈爾濱醫科大學附屬第四醫院徐萬海的研究團隊合作，構建了一種新型腫瘤選擇性級聯激活自滯留系統（TCASS），用于腫瘤的診斷和治療。
在該系統中，小分子多肽經特異性識別腫瘤中過表達的X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein, XIAP)，該識別引發腫瘤細胞的caspase-3激活從而引發分子剪切，自組裝形成的納米纖維結構增強在腫瘤組織中的富集和滯留。系統研究了藥物靶向富集、腫瘤滲透和器官競爭行為，揭示其在腫瘤部位蓄積和滯留機制。TCASS與典型的納米載體材料相比，能增強腫瘤穿透能力，表現出高效的分子蓄積和滯留效應。同時，TCASS的代謝行為類似于小分子，可以從肝臟和腎臟迅速排泄，降低系統毒性。最后，作為一種藥物遞送系統，既可以增強傳統化療藥物(例如DOX)的治療效果，又可以降低其毒副作用。另外一方面通過偶聯造影劑，TCASS顯著提高了造影劑的特異性和敏感性，并在動物和人離體膀胱癌模型表現出良好的診斷效果。這項研究提供了一種全新腫瘤靶向機制，加速了納米藥物的應用步伐，為納米藥物的基礎研究和臨床轉化開辟了新思路。
參考文獻：
Hong-Wei An, Li-Li Li, Yi Wang, et al. A tumour-selective cascade activatableself-detained system for drug delivery and cancer imaging. NatureCommunications, 2019.
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-019-12848-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12848-5
6. Nature Commun.：熱響應三功能納米轉運體在多藥耐藥細菌感染光熱化療中的應用
據世界衛生組織統計，近80%多藥耐藥（MDR）或極度耐藥（XDR）微生物的出現是由于全球過度使用或濫用抗生素而導致的，這些菌株的感染伴隨有嚴重的副作用，如血栓性靜脈炎或表皮壞死松解，因此，迫切需要開發一種對多藥耐藥菌具有高抗菌作用的新策略。近日，國家納米科學中心梁興杰研究團隊聯合重慶大學羅陽研究團隊設計了一種巧妙的三功能納米結構，即TRIDENT（熱響應應激藥物輸送納米轉運體），用于可靠的細菌根除。
其強大的抗菌效果歸功于將熒光檢測與協同化學光熱滅活相整合。其中，近紅外輻射產生的升溫不僅通過相變機制熔化了納米轉運體，而且不可逆轉地破壞了細菌膜以促進亞胺培南的滲透，從而干擾細胞壁生物合成，最終導致細菌快速死亡。體內和體外實驗都表明，即使是封裝了低劑量的亞胺培南TRIDENT也能根除臨床耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，而單用亞胺培南的效果是有限的。由于受感染部位的迅速恢復和良好的生物相容性，此抗菌策略可用于對抗多藥耐藥或極端耐藥細菌。
參考文獻：
Guangchao Qing, Yang Luo, Xing-Jie Liang, etal. Thermo-responsive triple-function nanotransporter for efficientchemo-photothermal therapy of multidrug-resistant bacterial infection. Nat.Commun., 2019.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-12313-3
7. Science子刊：正交上轉換納米粒，兩種NIR光控制逐級激活靶向和治療
國家納米科學中心李樂樂研究員、趙宇亮院士等人提出了一種利用近紅外光控DNA納米器件的設計概念方法，該方法可提高生物識別和腫瘤治療的時空選擇性。即采用正交上轉換納米技術，利用深部組織可穿透的近紅外（NIR）光實現對DNA納米器件的預期調節，從而實現高效的PDT，提高腫瘤特異性。此外，納米器件與免疫檢查點阻斷療法的結合通過促進細胞毒性T細胞的腫瘤浸潤，在荷瘤小鼠中引起協同效應和遠端效應。
參考文獻：
ZhenghanDi, et al., An orthogonally regulatable DNA nanodevice for spatiotemporallycontrolled biorecognition and tumor treatment. Science advances 2020.
DOI:10.1126/sciadv.aba9381
https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eaba9381.full
8. Sci. Adv.：基于自組裝肽的生物模擬血小板引發人工凝血
血小板在凝血調節中起著至關重要的作用，凝血是生命中必不可少的過程之一，引起了人們的極大關注。然而，由于凝血過程的復雜性，模擬血小板用于體內人工凝血仍然是一個巨大的挑戰。在此，國家納米科學中心王浩、王磊等人設計了基于自組裝肽的血小板樣納米顆粒(pNPs)，這些肽可以在血管中引發凝血并形成凝塊。
pNPs首先與腫瘤部位血管生成內皮細胞過度表達的膜糖蛋白(即CD105)特異性結合，同時通過配體-受體相互作用轉化為活化的血小板樣納米纖維(apNFs)。接下來，apNFs暴露更多的結合位點，招募并激活更多的pNPs，在體模和動物模型中形成人工凝塊。pNPs在小鼠身上被證明是安全的，沒有全身凝血。這種自組裝肽可以模擬血小板，在體內實現人工凝血，從而為腫瘤的治療提供了一種很有前途的策略。
參考文獻：
Pei-Pei Yang, et al. Abiomimetic platelet based on assembling peptides initiates artificialcoagulation, Sci. Adv., 2020.
DOI: 10.1126/sciadv.aaz4107
http://advances.sciencemag.org/content/6/22/eaaz4107
9. Sci Adv：金DNA納米向日葵用于有效的基因沉默并具有可控的轉化
為了增強和控制基于基因干擾的治療方法而開發有效的基因藥物遞送系統仍面臨巨大挑戰。然而，隨著納米技術的蓬勃發展，納米載體為核酸輸送提供了更有效的策略。因此，國家納米中心梁興杰研究員課題組開發一種由寡核苷酸序列形成的三鏈體及其互補鏈用來介導自組裝的超小金納米顆粒。
向日葵狀納米結構具有較強的近紅外（NIR）吸收和光熱轉化能力。在近紅外光照射下下，大尺寸的納米結構可分解并生成由c-myc癌基因沉默序列修飾的超小納米顆粒，該序列可直接靶向細胞核。此外，可通過與自組裝納米結構在體內體外的預孵育時間和近紅外照射時間點協同來實現基因沉默控制的效果。這項研究為構建用于基因干擾應用的更有效和可定制的納米載體提供了一種新方法。
參考文獻：
Huo, S.; Gong, N.; Jiang, Y.;Chen, F.; Guo, H.; Gan, Y.; Wang, Z.; Herrmann, A.; Liang, X.-J., Gold-DNAnanosunflowers for efficient gene silencing with controllabletransformation. Science Advances 2019, 5 (10),eaaw6264.
https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaaw6264
