哈佛医学院陶伟教授Chem. Soc. Rev.：药物化学中的Pnictogen—从中西医临床药物到纳米光子医学材料的发展及应用

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Pnictogen一词来源于古希腊，指的是元素周期表中第15（VA）族元素中的任意一个，其发现及药用历史极具戏剧特色（尤其是磷、砷、锑及铋）。例如，磷元素被记载为炼金术师从尿液提取“黄金”的过程中而发现的“白色蜡块状”物质（白磷），随后炼金术的兴盛让人类在漫长着的中世纪期间发现了砷、锑、铋等元素。从早期商品化的产品（白磷和红磷）到生命中不可或缺的元素，人类对于磷元素认知的过程揭示了元素对于生物健康的复杂和多面性，其中也包括砷、锑和铋元素构成的历史悠久的中医药物和近代西医药物。而近年材料技术的发展更近一步揭示了黑磷以及砷烯、锑烯及铋烯作为纳米光子药物的应用潜能，丰富和拓展了人类对磷族元素的认知。对基于该族元素的中西医药物化学机理及应用、新兴单元素纳米光子药物的生物医学应用及安全性进行系统性的归纳总结，不仅可以实现举一反三的潜在新应用，还可以从材料领域更新人们对传统中药和近代西药与生物体相互作用的理解，加快该族元素在药物化学领域的发展。

近期，哈佛大学医学院陶伟教授团队结合前期在该族元素的生物医学应用领域的系统性工作（Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2020, 117(46): 28667-28677；Nat. Commu., 2020, 11(1): 2778；Nano Letters, 2020, 20(5): 3943-3955；Matter, 2020, 2(2): 297-322；Chem. Soc. Rev., 2019, 48(11): 2891-2912；Adv. Mater., 2018, 30(38): 1802061；Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56(39): 11896-11900；Adv. Mater., 2017, 29(1): 1603276；etc.），与韩国高丽大学Jong Seung Kim院士团队、杭州师范大学药学院谢恬教授团队合作，首先从Pnictogen及其化合物（主要讨论范围在磷、砷、锑及铋四种元素）的药用机理和基于此的“老药新用”出发，随后总结了该族元素作为新兴单元素纳米光子材料在生物医学应用的相似及不同之处，并对其生物安全性进行了归纳总结，最后对该领域尚待发掘的应用前景作出了展望。该成果近日以题为“Pnictogens in medicinal chemistry: evolution from erstwhile drugs to emerging layered photonic nanomedicine”在英国皇家化学学会旗下权威期刊Chemical Society Reviews（影响因子42.846）上在线发表。

图1 药物化学中的Pnictogen—从中西医临床药物到纳米光子医学材料的发展及应用

作者介绍了传统中药砷类药物（As₂O₃、As₄S₄）治疗急性早幼粒白血病（静脉及口服）、锑类药物抗寄生虫和铋类药物抗菌应用的作用机理及“老药新用”（如肿瘤治疗、冠状病毒治疗等），重点概括了黑磷、砷烯、锑烯和铋烯作为新兴单元素纳米光子药物的生物医学应用（如糖尿病足治疗、肿瘤诊疗、神经退性疾病等），并对其生物代谢和安全性进行了系统性评价。作者最后对该族元素尚未发掘的应用、所面临的挑战和发展前景进行了总结和展望。

上述论文的第一作者为哈佛大学医学院和中科院宁波材料所联合培养的博士研究生刘闯，通讯作者是哈佛大学医学院的陶伟教授。杭州师范大学药学院谢恬教授和韩国高丽大学化学系Jong Seung Kim院士为该工作的共同通讯作者。

论文信息：

Chuang Liu, et al. Pnictogens in medicinal chemistry: evolution from erstwhile drugs to emerging layered photonic nanomedicine. Chem. Soc. Rev., 2021, DOI: 10.1039/D0CS01175D.

https://doi.org/10.1039/D0CS01175D

通讯作者简介：

陶伟，2015在清华大学获得理学博士学位。随后，在哈佛大学医学院Omid C. Farokhzad教授团队担任NIH资助的博士后研究员，并于2018年受聘为哈佛大学医学院讲师（Instructor）、2020年晋升哈佛大学医学院助理教授（Assistant Professor）。研究方向主要包括药物载体和生物材料的设计和合成，探索它们的体内交互作用机制和广泛的生物医学应用（如RNA递送、癌症诊断治疗、伤口愈合、心血管疾病和糖尿病治疗）。近五年以第一作者和通讯作者身份在PNAS (1), Nature Reviews Materials (1), Science Translational Medicine (2), Nature Biomedical Engineering (1), Matter (4), Nature Communications (3), Chemical Society Reviews (2), Accounts of Chemical Research (1), Progress in Materials Science (1), Advanced Materials (2), Angewandte Chemie (4), Nano Today (3), ACS Nano (3), Nano Letters (2), Advanced Science (1)等刊物上发表论文40余篇，获得美国METAvivor青年研究员奖、哈佛大学医学院麻醉系基础科学基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、美国心脏协会（AHA）合作科学奖、哈佛大学医学院助理教授启动基金（Start-up Package）等基金的资助。

课题组网页：

https://scholar.harvard.edu/wtao/bio

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