多种代谢物调控蛋白质翻译后修饰的新机制研究和药物筛选策略

摘要:代谢物是生物大分子修饰最主要的供体来源, 环境或细胞内应激导致的代谢物改变信号也被整合到生命信号网络中. 蛋白质磷酸化、乙酰化和甲基化等经典翻译后修饰(post-translational modification, PTM)以ATP、乙酰辅酶A和S-腺苷甲硫氨酸(SAM)等能量或物质表征代谢物为底物, 传递共性代谢物信号; 我们的研究发现, 代谢物可以通过不同机制调控其作为供体外的其他PTM: 巴豆酰辅酶A能作为酰基供体促进细胞周期依赖的EB1蛋白的巴豆酰化修饰, 通过调控微管骨架的动态性维系基因组的稳定性; α-KIV和α-KG能够分别调控蛋白质磷酸化修饰和羟基化修饰, 介导与自身代谢无关的TCR信号通路和Hedgehog信号通路; 此外, 天然植物的次生代谢物也能够促进AD相关蛋白的泛素化降解. 这些发现为代谢物调控细胞生理病理的研究打开了新的角度和视野. 基于代谢物调控翻译后修饰的新机制, 我们以病理过程中的关键蛋白为例, 高通量筛选了瞬时受体电位香草酸通道3蛋白(TRPV3)和菌源二肽基肽酶4 (DPP4)的小分子抑制剂, 为创新药的研发和疾病的干预提供了新的思路.

化学动力学疗法的反应机制及其抗肿瘤应用

摘要:化学动力学疗法(CDT)是指利用金属离子介导的芬顿/类芬顿反应催化过氧化氢生成高细胞毒性的羟基自由基杀伤肿瘤细胞的方法,具有肿瘤特异性、副作用小,以及治疗过程仅由肿瘤内部物质如过氧化氢、谷胱甘肽引发,无需外部刺激等优点。然而肿瘤微环境中高浓度的谷胱甘肽、内源性过氧化氢不足及乏氧等阻碍了CDT的治疗效果。为了提高CDT的疗效,研究人员探索了多种金属离子介导的芬顿/类芬顿反应,进而实现CDT与其他疗法的联合治疗。本文综述了CDT的反应机制及其与多种疗法协同抗肿瘤应用的研究进展。首先讨论了不同金属离子介导的CDT的催化反应机制,深入分析了各种离子催化芬顿或类芬顿反应时的优势和不足。进而,分别详细描述了光热疗法、化疗、光动力疗法等多种疗法与CDT的联合治疗应用于抗肿瘤治疗中的最新研究进展。最后,提出了CDT未来发展的研究方向,以及进一步推动该疗法进行临床应用需要考虑的关键问题。

纳米长余辉发光材料在生物医学检测、生物成像与肿瘤治疗中的研究进展

摘要:长余辉发光材料是一种能储存外界激发光能量、在激发光停止激发后仍能持续发光的材料。由于其长余辉寿命、无需原位激发、无组织背景信号干扰和高信噪比等优点,纳米长余辉发光材料广泛应用于生物医学检测、生物成像和肿瘤治疗领域。本文综述了近年来纳米长余辉发光材料在生物医学检测、生物成像和肿瘤治疗(化疗、光热治疗、光动力治疗和免疫治疗)方面的应用进展,并进一步探讨了其在生物医学应用中所面临的挑战,对其未来的发展趋势也进行了展望。

遇湿粘附多孔止血海绵的设计、制备及性能评价

摘要:肝脏、肾脏等器官因血管密集、质地脆弱,在受到创伤后出血常难以控制,且组织易二次受创,导致外科止血难度大。无需按压即可遇湿粘附固定,同时实现物理封堵和促进凝血,是应对不可压迫伤口出血的止血材料应具备的关键性能。本工作拟设计并制备一种新型止血材料,取向多孔海绵结合聚合物交联多孔网络,通过冷冻干燥制得遇湿粘附多孔止血海绵。该材料有效整合了取向壳聚糖海绵的快速吸血、凝血能力,疏松多孔粘性基质层的遇湿粘附能力。微观结构分析验证了材料的分层、多孔结构,双层海绵展示出优异的力学性能和生物粘附效果。材料生物相容性良好,高达85%的孔隙率及近500%的采血率赋予材料快速吸血并促进凝血的性能。体外模拟止血实验证实该海绵具有优异的止血效果,在处理肝脏、肾脏等脆弱器官出血的体内环境中具有广阔的应用前景,这项工作也为粘附性止血材料的开发开辟了新的途径和方法。

新兴纳米技术在呼吸道病毒防治中的研究进展

摘要:频繁发生的呼吸道病毒大流行给世界带来了严峻的公共卫生危机, 高效的病毒防治手段是成功遏制病毒流行的关键. 纳米材料以其高比表面积、纳米尺寸、可修饰表面、生物相容性等特性, 展现出了在病毒防治中的应用潜力. 本文探讨了纳米技术辅助的病毒防治手段相较于传统防治方法的优势, 并列举了纳米技术应用于呼吸道病毒的预防、诊断以及治疗方面的研究进展, 具体包括纳米材料用于改善防护设备的防护能力和耐久性, 增强病毒疫苗的有效性与安全性, 提升病毒诊断方法的灵敏度、简便性以及速度, 优化抗病毒药物的药效和递送方式. 最后, 本文对纳米材料在未来呼吸道病毒防治应用中将要面临的挑战进行了总结和展望, 旨在为纳米技术在病毒领域的研究提供参考借鉴.

下肢外骨骼康复机器人的分类及其应用现状

摘要:下肢外骨骼康复机器人应用于下肢运动功能障碍人群,使患者能够通过机器恢复或改善行走和运动能力。但是,基于不同疾病,患者所需求的功能是不同的,比如肌力不足的患者需要增强助力,脊髓损伤患者需要运动代偿,步态异常患者需要步态矫正,脑卒中患者需要神经康复。为了设计对疾病更有针对性的下肢外骨骼康复机器人,本文根据各类下肢功能障碍的特点与康复需求,按照设备所提供的主要功能,对现有的下肢外骨骼康复机器人进行汇总和分析比较,总结现有设备的功能与疾病的相关性,为研究设计新型下肢外骨骼康复机器人提供一定参考。

压电生物传感器及其在医疗健康中的应用

摘要:随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,医疗健康已具有重要的战略地位。生物传感技术作为一种重要分析检测手段,在医疗健康领域发挥着关键作用。压电生物传感器是利用压电材料进行生物分析的一种新型生物传感器,具有稳定性好、检测速度快、精确度高、操作简单的优良特性,在生物医学、健康监护和疾病防控等领域具有重要的应用价值。本文综述了近年来国内外压电生物传感器的研究进展,介绍了基于石英晶体微天平压电效应的压电生物传感器的工作原理及常用的压电材料,包括无机压电材料、有机压电材料、压电复合材料以及生物压电材料。此外,还介绍了压电生物传感器在人体健康监护与疾病防控方面的应用,如心率、脉搏等生理性体征的监测,生物标志物及新冠肺炎等流行病毒的检测。最后总结了目前压电生物传感器面临的问题,并对其未来的发展进行了展望。

体外膜式人工肺材料研究进展

摘要:体外膜肺氧合作为体外生命支持的核心技术,其组件膜式人工肺在急性呼吸衰竭及心肺手术中发挥了重要作用。然而,当前膜式人工肺面临气体传递效率差、气体选择性低及血液相容性不足等难题。本文综述了近年来研究人员对膜式人工肺的改进工作,主要介绍了膜式人工肺材料的制备与结构调控以及表面改性,分析了热致相分离技术中绿色稀释剂及二元稀释剂体系的应用以及仿生涂层、多功能结构设计等在提升气体选择性及血液相容性上的优势。另外,指出了膜式人工肺在长时间使用中的血液相容性不足、气体传输与抗渗漏性能平衡等瓶颈问题,提出了通过材料改性与结构优化实现多功能一体化的解决方案。最后,展望了膜式人工肺在小型化、高效化及可持续化发展的方向。本文为膜式人工肺的高性能开发与临床应用提供了系统性参考。

PET-RAFT聚合催化剂:生物医药与先进制造应用

摘要:光诱导电子转移可逆加成-断裂链转移聚合(Photoinduced Electron Transfer-Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer Polymerization, PET-RAFT聚合,凭借能耗低、反应条件温和、时空可控、反应正交性和耐氧性等特性在聚合领域得到广泛关注与应用,在表面改性方面,PET-RAFT聚合被用于改善材料的表面特性,如生物相容性和抗黏附性。在生物医药领域,PET-RAFT聚合技术用于药物递送系统,如球形胶束和囊泡。此外,PET-RAFT聚合在3D打印和激光写入中的应用展示了其在精确控制材料结构和功能化方面的巨大潜力。PET-RAFT聚合的关键在于寻找合适的光催化剂,目前催化剂包括均相和非均相催化剂体系,均相催化体系如过渡金属络合物、卟啉及酞菁类催化剂、有机染料和半导体材料等,非均相催化剂体系如宏观材料负载型、纳米材料负载型、金属有机框架型、共价有机框架型和共轭微孔聚合物等,其中非均相催化剂可以通过离心和过滤分离对光催化剂进行有效回收利用。未来研究者将开发新型低成本、高效率、易回收、无毒的光催化剂以提高低能光子的使用效率和改善光聚合与环境的相容性。

生物质碳点荧光材料在生物医药领域中的应用

摘要:荧光材料由于具有特殊的光学性质,在生物医学、生物成像和荧光传感等相关领域有广泛的应用。与传统的荧光剂相比,纳米荧光材料具有稳定性好、荧光强度高等优点。然而,传统的荧光纳米材料通常含有重金属,使其在生物医药领域中的应用受到限制。生物质荧光碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料,因具有优异的生物相容性、化学惰性、荧光可调节性,在生物医药、生物传感、荧光成像等多个领域展现出应用潜力。但是,目前生物质碳点应用于生物医药领域的综述文献相对较少。因此,本文总结了不同天然产物制备碳点的绿色合成方法,对碳点的荧光机理进行了分析和归纳,重点阐述了碳点在生物传感、生物成像、药物载体、生物抗菌剂等生物医药领域的应用研究,讨论了存在的问题,并对碳点在该领域的发展方向进行了展望。