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上海市第六人民医院郑元义-蔡晓军团队:纳米级普鲁士蓝-从光热转换剂和药物递送系统到生物活性药物 精选

已有 1711 次阅读 2024-4-22 09:58 |个人分类:AMR Account|系统分类:论文交流

上海市第六人民医院郑元义-蔡晓军团队:纳米级普鲁士蓝-从光热转换剂和药物递送系统到生物活性药物

近日,上海交通大学医学院附属第六人民医院郑元义教授团队“医用普鲁士蓝”研发小组的AMR述评文章“Prussian Blue Nanoparticle: From a Photothermal Conversion Agent and a Drug Delivery System, to a Bioactive Drug”在线发表,就蔡晓军研究员带领的小组在纳米级普鲁士蓝作为光热转换剂和药物载体、以及生物活性药物在疾病预防和治疗中的应用进行了总结,展望了该领域研究中存在的挑战和机遇。

关键词:普鲁士蓝;光热转换剂;药物递送;生物活性材料;纳米医学

Nanoscale Prussian blue is not only a photothermal conversion agent and drug delivery system, but also a bioactive drug, thus realizing its great potential in disease prevention and treatment.

纳米普鲁士蓝不仅是一种光热转换剂和药物传递系统,而且是一种具有生物活性的药物,从而实现了其在疾病预防和治疗方面的巨大潜力。

01 文章内容简介

纳米医学是一门涉及化学、材料、物理、工程、生物学和医学的跨学科科学。纳米医学的主要关注点是药物载体:如何提高药物疗效和减少副作用。为了进一步提高纳米药物的协同和解毒作用,科学家们采用了多功能整合策略。然而,多功能性带来了复杂的组分,并忽略了组分之间的协同效应。缺乏对纳米载体生物活性的深入研究阻碍了纳米医学的发展和临床转化。

在过去的十年里,科学家们逐渐发现纳米材料具有优异的生物活性,成为疾病预防和治疗的巨大宝库。在众多生物活性材料中,普鲁士蓝是美国食品与药品监督管理局批准的临床解毒剂,显示出优异的生物安全性。然而,临床批准的普鲁士蓝存在许多缺陷,难以满足更多疾病预防和治疗的要求。当尺寸减小到纳米级时,纳米级普鲁士蓝既表现出纳米材料的独特性能,又增强了其性能和生物活性。由于其易于调节的结构和丰富的铁悬键,纳米级普鲁士蓝可能是一种潜在的药物递送系统。Fe-CN-Fe结构中的电子跃迁使纳米级普鲁士蓝在近红外区域具有很强的吸收能力,成为一种潜在的光热转换剂。此外,由于其丰富的氧化还原电位和催化活性,纳米级普鲁士蓝可能是一种具有临床转化前景的生物活性药物。

在这篇述评中,我们描述了过去十年来我们对纳米级普鲁士蓝作为光热转换剂、药物递送系统和生物活性药物在疾病预防和治疗中的探索。我们首先概述了纳米级普鲁士蓝作为光热转换剂和药物递送系统在肿瘤中的应用,然后重点介绍了我们最近在纳米级普鲁士蓝作为生物活性药物在疾病(如肿瘤、神经退行性变、脑血管疾病、骨相关退行性疾病、胃肠道疾病和皮肤病变)预防和治疗中的应用进展。最后,我们期待着这一迅速发展的领域中的公开挑战和未来发展。我们希望这篇述评能帮助读者了解纳米级普鲁士蓝不仅是一种光热转换剂和药物递送系统,而且是一种生物活性药物,从而实现其在疾病预防和治疗方面的巨大潜力。这些研究也为生物活性纳米材料提供了研究范式。

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02 请问您对该领域的发展有何种愿景?

作者团队:

生物活性纳米材料成为了疾病预防和治疗的巨大宝库。在众多生物活性材料中,普鲁士蓝是美国食品药品监督管理局批准的临床解毒剂,显示出优异的生物安全性。纳米级普鲁士蓝不仅是一种光热转换剂和药物递送系统,而且是一种具有生物活性的药物,从而在疾病预防和治疗中发挥了巨大的潜力。引用著名宋朝诗人王安石的一句话来描述对纳米级普鲁士蓝的探索是非常贴切的——“入之愈深,其进愈难,而其见愈奇”。未来,随着不断继续探索这种有前景的材料,以纳米级普鲁士蓝为代表的生物活性纳米材料的独特性能可能会在疾病预防和治疗方面带来进一步令人兴奋的发展。

03 请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会!

作者团队:

虽然现阶段纳米级普鲁士蓝在生物医学领域的应用研究已经取得了很多研究进展,但要使其在医学中得到更广泛的应用,仍存在一些挑战。

(1)纳米级普鲁士蓝的构效关系有待进一步阐明。普鲁士蓝的结构、粒径、形态、比表面积、表面改性和活性位点对其性质和生物活性有重要影响。建议未来应根据不同需求,结合材料基因组学、人工智能和高通量制备技术,实现纳米级普鲁士蓝的智能设计、可控量化制备以及放大生产等。此外,质量控制也是纳米级普鲁士蓝临床转化过程的重要组成部分。

(2)纳米级普鲁士蓝在疾病预防和治疗中的作用机制有待进一步阐明。目前,对纳米药物在疾病预防和治疗中的具体机制的研究仍处于初级阶段。经过近十年的研发,纳米级普鲁士蓝新剂型在疾病预防和治疗研究中有了很大的改进,显示出巨大的临床应用潜力。未来还需要进一步采用更多的临床疾病模型(包括小鼠、大鼠、大型动物和非灵长类动物模型)来评估纳米级普鲁士蓝在疾病预防和治疗中的疗效。此外,有必要探索研究包括普鲁士蓝新剂型在内的纳米药物在疾病预防和治疗中的机制的新范式。例如,充分利用单细胞转录组学、蛋白质组测序、空间转录组、空间代谢组学、质谱和蛋白质芯片等先进技术,结合先进的影像医学技术,通过动物模型和临床样本等揭示了纳米级普鲁士蓝在疾病预防和治疗中的具体机制。

(3)纳米级普鲁士蓝剂型的安全性评价有待进一步研究。纳米级普鲁士蓝由于其特殊的物理和化学性质,如纳米效应和纳米结构效应等。在体内,它可能通过被动靶向、主动靶向、物理靶向、化学靶向等方式选择性地分布在特定的器官、组织、细胞中。它改变了临床普鲁士蓝的药代动力学特性,如组织分布,进而影响其安全性和有效性。纳米级普鲁士蓝的体外和体内药代动力学对评价其临床安全性和有效性具有重要意义。

作者团队简介

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郑元义,上海交通大学医学院教授、主任医师、博士生导师,国家杰出青年基金获得者,上海交通大学医学院附属第六人民医院副院长、上海市神经超声影像诊疗重点实验室主任、上海超声医学研究所副所长、“神经物理调控与影像监控”上海市教委重点创新团队负责人、影像医学上海市重中之重临床研究中心主任。获国务院特殊津贴、入选国家百千万人才工程,被授予“国家有突出贡献中青年专家”称号。目前担任中华医学会超声分会副主任委员、中国医师协会超声分会肌骨委员会副主任委员等学术任职。主要从事神经超声影像诊疗、超声分子影像基础研究工作,以及肌骨超声临床诊断工作。牵头在研临床研究项目3项,获国家重点研发项目2项,国自然重点项目2项,国自然重点国际合作项目1项以及国家杰出青年基金项目1项等14项基金。已完成的国家杰出青年基金项目、国家自然科学基金重点国际合作项目结题考核均为优秀。发表SCI论文100余篇,获"树兰医学奖"青年奖、重庆市自然科学奖一等奖(第一完成人)等省部级奖项5项。已实现科技成果转化5项,已获医疗注册证2项。

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蔡晓军,上海交通大学医学院附属第六人民医院研究员,博导,上海市神经超声影像诊疗重点实验室副主任。2017年于中国科学院上海硅酸盐研究所获得博士学位。系中华医学会超声医学分会第十届委员会青年学组成员、中国超声医学工程学会分子影像超声专业委员会第二届青年委员会副主任委员、中国微米纳米技术学会微纳机器人分会理事等。主持国家重点研发计划课题和国家自然科学基金面上项目等10余项科研基金,入选上海市科技启明星、上海交通大学医学院高峰高原“双百人”等。主要研究方向集中在影像可视化医用普鲁士蓝的构建与临床转化等。近5年,以通讯作者在Advanced Materials等期刊发表SCI论文20余篇;作为第一发明人获得11项普鲁士蓝相关国家发明专利授权,已转化1项。

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王燕,主任医师、教授、博士生导师,上海交通大学医学院附属第六人民医院超声医学科。上海市社会医疗机构协会超声医学分会指导专家、中国超声医学工程学会副会长、中国超声医学工程学会颅脑与颈部血管专委会副主任委员、中国女医师协会影像专委会副主任委员、上海市超声医学工程学会会长、《中国超声医学杂志》副主编。擅长甲状腺、乳腺、腹部和血管超声诊断。主持并完成国家自然科学基金、上海市自然科学基金3项,发表中文和SCI论文70余篇。曾获省部级科技进步三等奖1项,厅局级科技进步二等奖2项。主编著作2部,副主编著作2部,参编著作4部。

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高维,上海交通大学医学院附属第六人民医院超声医学科主治医师。擅长运动医学超声诊断等。主要研究聚焦于铁基超声分子探针在疾病中的诊断和治疗。近年来,以第一/通讯作者发表SCI论文10余篇,主持了包括国自然青年基金等3项基金。

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Prussian Blue Nanoparticle: From a Photothermal Conversion Agent and a Drug Delivery System, to a Bioactive Drug

Wei Gao, Yan Wang, Yuanyi Zheng*, and Xiaojun Cai*

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00260

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