青岛大学魏刚教授课题组 Small：自组装多肽基纳米药物 - 分子设计、合成、功能化和靶向肿瘤生物成像及生物治疗

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功能纳米材料作为基于无机物、聚合物和生物分子自组装的纳米药物，在生物医学和组织工程中显示出广泛的应用。由于多肽分子独特的生物学、化学和物理性质，多肽被用作合成高效癌症治疗的功能性纳米药物的优良前体材料。

近日，青岛大学化学化工学院魏刚教授课题组在《Small》期刊上发表了题为“Self-assembled peptide-based nanodrugs: Molecular design, synthesis, functionalization, and targeted tumor bioimaging and biotherapy”的综述文章（DOI：10.1002/smll.202205787）。这篇文章介绍了多肽基纳米药物的设计、合成、功能调控、临床应用、癌症生物成像和生物治疗等方面的研究进展。

在文章中，首先提出了零维结构到三维结构的多肽纳米药物的分子设计和可控合成，然后提出了多肽纳米药物的功能定制策略。随后，论证并详细讨论了基于多肽的纳米药物在生物成像、化疗、光热疗法和光动力疗法中的应用。此外，还简要描述了基于多肽的药物在临床前、临床试验和批准中。最后，指出了解决这一有前途的研究课题的挑战和潜在的解决方案。该文章可为多肽纳米材料在纳米药物合成中的基序设计和功能调控提供潜在指导，并进一步促进其在疾病诊断和治疗中的实际应用。

【图文导读】

图1：多肽纳米药物的分子设计、制备、功能调控、靶向生物成像和生物治疗示意图

图2：零维多肽纳米球合成示意图

多肽纳米球具有较高的生物相容性和生物降解性，可作为肿瘤生物成像和治疗的附加纳米药物。药物可以通过包埋、包封等方式与多肽纳米球结合，这些方法可以达到良好的载药效果。

图3：一维和二维多肽纳米材料的合成示意图

通过调节分子间和分子内相互作用，可以将多肽构建成不同的纳米结构。一维多肽材料包括多肽纳米纤维、多肽纳米管和多肽纳米棒。二维多肽纳米材料主要分为多肽纳米片和多肽纳米带。

图4：多肽纳米球的功能定制示意图

通过修饰金属、金属氧化物和硫化物、荧光碳点等来调节多肽纳米药物，可以有效增强多肽纳米药物的结构和功能，从而获得增强的生物学特性和更好的抗肿瘤效果。

图5：二维材料功能化多肽纳米药物合成示意图

二维纳米材料如石墨烯、MXene、黑磷、过渡金属硫族化合物等，因其独特的生物学、物理和化学特性，可以用作载体与多肽纳米材料的结合，被广泛用于靶向癌症治疗。

图6：多肽纳米药物用于生物成像示意图

生物成像能够实现细胞和组织等生物结构的多维和多尺度可视化，为深入了解生物过程和药物效应提供了视觉证据，因此在生物分析和生物诊断应用中具有重要意义。多肽可以与靶区特异性结合，从而提高成像的准确性和可持续性。

图7：多肽纳米药物用于化学疗法示意图

多肽序列的功能定制和自组装为创建用于制药应用的新型纳米药物提供了一种方便的策略。多肽具有更高的特异性、更好的通透性和更少的副作用，可以很好地打破生物屏障，为靶向输送药物提供了强大的资源。

图8：多肽纳米药物用于光热和光动力疗法示意图

光疗包括光动力疗法和光热疗法，是治疗癌症的有吸引力的非侵入性技术。由于多肽分子具有高生物相容性、特异性、可降解性、自组装特性以及仿生合成等多方面的优势，因此在光热和光动力诊疗中引入多肽可以在一定程度上提高抗肿瘤效率，在生物医学方面具有光明的应用前景。

作者简介

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论文的第一作者为青岛大学化学化工学院在读研究生栾欣。本文通讯作者魏刚教授就职于青岛大学化学化工学院，为“多肽纳米化学及仿生合成”团队负责人。多年来一直从事生物分子（DNA、蛋白质、多肽、生物聚合物）的设计、自组装以及仿生合成及应用研究，主持或参与完成多项德国科学基金（DFG）、国家自然科学基金（NSFC）科研课题以及省部级科研项目。发表研究论文 190 余篇，现为 SCI 杂志 Journal of Nanobiotechnology （中科院 1 区）副主编，Frontiers in Chemistry（IF 5.221）编辑，Sensors、Biosensors、Applied Science、Materials、AIMS Biophys 编委。为欧盟研究委员会（ERC）、德国科学基金（DFG）、卡塔尔大学科学基金、以色列科学基金、波兰国家科学基金（NCN）以及德国洪堡基金会（AvH）评审人。

该工作得到国家自然科学基金(No. 51873225)、山东省泰山学者计划 (No. tsqn201909104) 和青岛大学高层次人才计划的资助。

原文链接

https://doi.org/10.1002/smll.202205787

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