Nano Res.[生物]│曾佑林、林璟等纳米生物研究进展

一、湖南师范大学曾佑林课题组：肽纳米管载体用于STING激动剂c-di-GMP的高效递送以增强肿瘤免疫治疗活性

背景介绍

肿瘤免疫治疗是继手术、放化疗之后一种有效的肿瘤治疗策略，而cGAS-STING信号通路的发现在肿瘤免疫治疗中具有重要的意义。环二鸟苷酸 (c-di-GMP) 是电负性、亲水性的STING激动剂。c-di-GMP与STING结合后，可以激活STING，促进I型干扰素和细胞炎症因子的产生，激活抗原呈递细胞，并启动T细胞杀死肿瘤细胞。所以，c-di-GMP在激活STING的肿瘤免疫治疗中发挥着重要作用。然而，若直接注射外源性c-di-GMP，因存在细胞跨膜障碍、易被磷酸二酯酶水解、靶向性差等问题，导致外源性c-di-GMP生物利用度低，免疫治疗活差。因此，如何构建高效、安全的载体系统将外源性c-di-GMP高效导入机体、靶细胞或组织，是基于cGAS-STING信号通路开展肿瘤免疫治疗的关键。肽纳米管因具有细长形的管状结构、丰富的表面正电荷和良好的生物相容性等优势，被广泛应用于药物递送领域。本研究利用肽纳米管KL-7作为c-di-GMP的载体，以提高c-di-GMP细胞膜通透性能，增强c-di-GMP激活STING信号通路的能力，从而达到高效肿瘤免疫治疗的目标。

成果简介

近期，湖南师范大学曾佑林教授团队报道了一种基于肽纳米管载药系统递送游离c-di-GMP以提高其有效性的方法。由KL-7肽段自组装形成肽纳米管(PNT)，通过静电作用与电负性的c-di-GMP自组装，形成c-di-GMP-PNT复合物。用c-di-GMP-PNT处理RAW 264.7巨噬细胞, 能激活STING通路，促进IL-6和INF-β的分泌，上调磷酸化-STING (Ser365) 蛋白的表达。在单侧B16-F10荷瘤小鼠模型中，与PNT和游离的c-di-GMP相比，c-di-GMP-PNT可促进INF-β、TNF-α、IL-6和IL-1β的表达。同时，上调CD4+和CD8+ T细胞杀死肿瘤，增强肿瘤组织中的免疫反应，从而显著抑制肿瘤的生长。更重要的是，在双侧B16-F10荷瘤小鼠模型中，c-di-GMP-PNT也可以显著抑制原位和远端肿瘤的生长。此外，c-di-GMP-PNT治疗组中的荷瘤小鼠的主要器官 (心脏，肝脏，脾脏，肺和肾脏) 的组织切片和生化指标结果表明其没有明显的生物毒性作用。综上，c-di-GMP-PNT为基于免疫疗法来治疗B16-F10黑色素瘤提供了一种新策略。

图文导读

图1. c-di-GMP-PNT的制备和表征。(a) c-di-GMP-PNT复合物的制备方案；(b)、(c) PNT和c-di-GMP-PNT的透射电镜表征；(d)、(e) PNT和c-di-GMP-PNT的电势和粒径大小；(f) c-di-GMP的累计释放率曲线。

图2. c-di-GMP-PNT激活了RAW 264.7细胞中的STING信号通路。(a) RAW 264.7细胞分别与3.44 μM c-di-GMP-DY547和c-di-GMP-DY547 (含有相同量的3.44 μM c-di-GMP-DY547) 孵育后的激光共聚焦图像，c-di-GMP-DY547 (红色)和DAPI (蓝色)；(b) 通过Leica Application Suite X定量分析，c-di-GMP-DY547和c-di-GMP-DY547-PNT细胞内摄取的荧光强度；(c) 通过流式细胞术，定量表征RAW 264.7细胞摄取c-di-GMP-DY547的量；(d) 15 μM c-di-GMP和等效剂量的c-di-GMP-PNT或PNT处理RAW 264.7细胞6、12、24小时后，通过蛋白质印迹监测STING蛋白和磷酸化STING (Ser365) 蛋白的表达水平；(e) 用Image J方法对STING和p-STING蛋白条带进行了灰度定量分析；在6 h，12 h和24 h，收集并检测细胞上清液进行Elisa实验，并用Graph Prism软件对 (f) IL-6和 (g) INF-β炎症因子进行了定量分析。

图3. PNT增强c-di-GMP对单侧荷瘤模型的治疗作用。(a) 治疗性单侧荷瘤小鼠模型示意图。BALB/c小鼠在第0天皮下注射2×10⁶个B16-F10细胞 (n = 5)；在第4天、第6天和第8天开始瘤内注射c-di-GMP (每只小鼠10 μg) 和c-di-GMP-PNT (相当于每只小鼠10 μg c-di-GMP)。在第13天将所有的小鼠安乐死后，不同处理组的肿瘤实物图 (b) 和肿瘤重量图 (d)；在治疗期间，肿瘤体积图 (c) 和体重变化图 (e)；(f)、(g) 代表治疗结束后，肿瘤组织的TUNEL染色图和HE染色图；(h)、(m）代表肿瘤切片中CD4、CD8、TNF-α、INF-β、IL-6和IL-1β的免疫荧光染色图，用Image-J对免疫荧光图像进行定量分析(n)-(s)；(t) 小鼠的生存率曲线图。

图4. PNT增强c-di-GMP诱导全身性免疫激活反应以治疗双侧荷瘤模型。(a) 治疗双侧 B16-F10 肿瘤模型的示意图，生理盐水、PNT、游离 c-di-GMP (每只小鼠10 mg) 和c-di-GMP-PNT (相当于每只小鼠10 mg c-di-GMP) 瘤内注射到原位肿瘤中，没有治疗的一侧为远端肿瘤；(b) 治疗18天后，从双侧B16-F10荷瘤小鼠的肿瘤实物图；(c)、(d)为双侧B16-F10荷瘤小鼠原位和远端肿瘤生长体积曲线图；(e)、(f) 为原位和远端肿瘤的重量图；(g) 双侧B16-F10荷瘤小鼠的体重的变化图；(h)、(i) 原位和远端肿瘤切片的H&E和TUNEL 染色图；(j)、(k) 为CD4和CD8抗体染色的肿瘤切片免疫荧光图像。(l)、(m)通过Image J对CD4和CD8的免疫荧光图像进行定量分析。

作者简介

曾佑林，博士、教授，湖南师范大学化学化工学院博士生导师(化学)、硕士导师(有机化学、学科教学(化学)。“化学生物学及中药分析”教育部重点实验室、“石化新材料与资源精细利用”国家地方联合工程实验室、“有机功能分子组装与应用”湖南省重点实验室、“资源精细化与先进材料”湖南省高校重点实验室成员，厦门市“双百计划”领军创业人才。2004年在中国科学院生态环境研究中心获理学博士学位；2004.7-2006.9年在湖南师范大学化学化工学院从事教学科研工作，从事材料化学、环糊精聚合物超分子化学研究工作和有机医药中间体的开发工作；2006.9至2008.5，在美国the University of Toledo黄雪飞教授组从事博士后研究，主要从事寡糖化学合成及应用低温核磁技术研究糖苷化反应机理等研究工作。现主要从事药物合成、药物载体构建(基因药物、核酸药物与肿瘤药物)和多肽药物长效化研究。近年来，主持并完成湖南省教育厅科学研究基金项目和教育部“留学回国人员科研启动基金”项目各1 项，主持国家自然科学基金面目项目2项，参与完成“863计划”项目1项。在J. Med. Chem.、Phytomedicine、Org. Biomol. Chem.、Mol. Pharmaceutics、Biomed. Pharmacother.、Bioorg. Med. Chem. Lett.、J. Org. Chem、Org. Lett.、Carbohydr. Res.等SCI 收录期刊上发表论文30余篇，授权专利6项。

张鹏，博士、湖南师范大学生命科学学院讲师，动物多肽药物创制国家地方联合工程实验室成员，湖南省优秀博士后创新人才。2017.9-2020.6年在湖南师范大学生命科学学院获理学博士学位；2020.7-2022.7在湖南师范大学化学化工学院曾佑林教授组从事博士后研究。主要从事活性多肽尤其是毒素多肽的优化设计、筛选以及结构功能关系研究，并探究多肽在抗癌抗菌方面的应用。近年来主持并完成湖南省优秀博士后创新人才项目和中国博士后科学基金项目各1 项，主持国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金青年项目各1项，参与完成国家自然科学基金面上项目3项。以第一作者或者通讯作者在Theranostics、J. Med. Chem.、Mol. Pharmaceutics、Toxins和Org.Biomol.Chem等SCI 收录期刊上发表论文10余篇，授权专利1项。

Z. Zhang, J. Liu, M. Xiao, et al. Peptide nanotube loaded with a STING agonist, c-di-GMP, enhance cancer immunotherapy against melanoma. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5102-z.

识别二维码访问全文

二、广州大学林璟课题组：一种基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略

背景介绍

研究表明，开发各种抗细菌黏附表面以阻止细菌的初始黏附和细菌生物膜的形成，是防止细菌和有害微生物传播危害的一种可行的科学方法，对人类健康和全球经济具有重要的研究意义。迄今为止，超疏水和超亲水型抗细菌黏附方法方面取得了重大进展，但这两种方法都是静态且被动的，超疏水型抗细菌黏附表面必须倾斜一定的角度才能使细菌液滴滚落，而超亲水表面对抗细菌黏附的耐久性较差，因此这些被动式的抗细菌黏附方法限制了它们的实际应用。

成果简介

本研究提出了一种基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略，构建了一个摩擦纳米发电驱动液滴系统（TNDDS）和布置了平行驱动电极的超疏水驱动平台(SDP)，以驱动细菌液滴的定向运动从而将细菌移除。TNDDS包括联结了周期性相互摩擦的Kapton膜及铝箔的摩擦纳米发电机（TENG）。通过操纵Kapton膜和铝箔板间的水平周期性往复摩擦，由TENG摩擦发电产生的电流传输至SDP上的平行驱动电极，并形成电场驱动细菌液滴的定向运动。液滴的驱动机制是带电液滴受到SDP上平行驱动电极的电场合力大于受到的SDP对液滴较小的摩擦阻力以至于液滴随着驱动力方向运动。结果表明，驱动液滴体积的临界值（最大驱动液滴和最小驱动液滴）与平行驱动电极的距离和电极宽度密切相关，液滴的驱动距离及电极的数量有关；TNDDS还可以主动驱动自制的高效杀菌Ag NPs三角片液滴与微细菌液滴混合杀菌，及原路返回驱离细菌液滴，并能实现微小半封闭通道中的微小细菌液滴的移除，且SDP具有极好的抗细菌黏附性。因此，基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略为抗细菌黏附的研究开辟了一条新的路径。

图文导读

一种基于摩擦纳米发电驱动细菌液滴定向运动实现主动式抗菌抗黏附的策略示意图

作者简介

该文章第一作者和通讯作者为广州大学实验室与设备处副处长/化学化工学院林璟副教授/硕士生导师，印度化学学会终身会士/英国材料、矿物和矿业学会会士，广州市高层次人才，全国材料新技术发展研究会理事会理事；林璟课题组致力于抗菌防污防黏附材料、浸润性仿生表面、液体定向运输、膜分离降解、可穿戴柔性电子传感等材料和应用研究，在AFM、JMCA、AMI、JMST、Nano Res.、CEJ、CES、IECR等期刊上发表SCI论文80余篇，其中ESI高被引论文18篇、热点论文3篇，他引3,977，篇均被引频次50.71，H-index=36, 专著1部，主持国家自然科学基金2项、省级项目5项、授权发明专利13件，入选为英国皇家协会数据库化学期刊TOP 1%高倍引学者，曾获中国产学研合作创新与促进奖产学研合作创新成果奖优秀奖，第四届全国教育课程改革教育研究成果一等奖、全国教育课程改革先进个人等。

J. Lin, J. Li, S. Feng, et al. An active bacterial anti-adhesion strategy based on directional transportation of bacterial droplets driven by triboelectric nanogenerators. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5177-6.

识别二维码访问全文

关注B站、视频号、官网，获取更多精彩！

B站

视频号

官网