用纳米生物技术诊断和治疗危及生命的疾病
分子成像
早发现、早治疗以及精确监测对疾病的“诊疗”至关重要，实验室分子成像方面的研究方向主要围绕肠道、肿瘤、淋巴结等的非侵入性成像展开，解决生物成像的穿透厚度低、特异性差、毒副作用大等关键科学问题。普朗尼克聚合物是一种传统常见的药物载体，但其胶束具有不稳定的特点，我们发现憎水性极高的药物/染料转载在普朗尼克胶束中后，胶束不再遵循传统的热力学平衡，利用其温度敏感性，在低温处理后可有效清除空载胶束，最终制备稳定性好、浓度极高的纳米颗粒（称之为“纳米汁”）。纳米汁甚至在肠道内严苛的生物环境下依然稳定地存在，提供成像对比度后通过粪便从排出，从根本上解决成像影像剂的安全问题。并且利用该低温处理后的纳米汁浓度可浓缩到极高的浓度(吸光度>1000)，有效解决了光声成像的穿透厚度的科学难题。我们在肠道成像方面的成果请参考: Zhang et al, Nature Nanotechnology, (2014) 9, 631; Zhang et al, Advanced Materials, (2016) 28, 8524; Jiang et al, Advanced Healthcare Materials, (2021), 10, 2100356; Ding et al, Small, (2021), DOI:10.1002/smll.202104132。
新兴纳米生物技术
着眼科学前沿，利用新兴的纳米生物技术解决药物递送领域关键的科学问题, 主要聚焦纳米疫苗和基因编辑系统CRISPR-Cas递送。在纳米疫苗方面，深入探讨金属离子对免疫反应的调控作用(Li et al, Coordination Chemistry Reviews, 2022, 455, 214345), 开发新型金属基疫苗，实现抗原的靶向递送(Li et al, Chemistry of Materials, 2021, 33, 24, 9780)和与传统光疗法结合的联合治疗(Li et al, ACS Nano, 2022, 16, 10, 16909);通过疏水改性和自裂解无痕释放抗原策略(Ren et al, ACS Applied Materials & Interfaces, 2022, 14, 2, 2510)和三元膜仿生的方法(Ren et al, Small, 2023, 2302756)，提高抗原提呈和免疫应答。在基因编辑系统CRISPR-Cas递送方面，研制了纳米花系统(Zhang et al, Advanced Healthcare Materials, 2022, 11, 10, 2102365)和金属螯合系统 (Zhang et al, Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202206981 ；Zhang et al, Journal of Controlled Release, 2023, 356, 210)， 有效提高胞内摄取和基因编辑效率。
药物递送
药物安全性、溶酶体逃逸、靶向药物递送和药物定点释放是胞内递送领域的重要研究课题。为了解决药物的毒性问题，我们开发了一系列聚合物给药系统，如利用嵌段聚合物的温度敏感性和低温处理技术可除去大部分药物载体，可制备稳定的、药物载体比极高的、通用化药物递送系统(Zhang et al, Nature Communications, 2016, 7, 11649)。为了减少抗生素多粘菌素的肾毒性和神经毒性，研制了抗生素自交联ABC-纳米胶束，降低毒性至少50倍(Yang et al, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13, 8, 9630)。为了治疗胞内细菌感染等问题，理性设计化学修饰的表面活性剂，进而提高其疏水性、增强胞内摄取效率，并且利用胞内微环境，定点高效地释放运载药物(Yang et al, Journal of Controlled Release, 2022, 341, 329；Zhang et al, Current Opinion in Biotechnology, 2018, 52, 25)。为了减少静脉注射的毒性，设计了简单的经皮给药递送系统，有效治疗皮肤癌等疾病(Sun et al, Advanced Science, 2023, DOI:10.1002/advs.202302658)。
