北京化工大学徐福建教授/赵娜娜教授研究团队：多糖和无机纳米颗粒杂化体系：从形貌设计到生物医学应用
近日，北京化工大学徐福建教授/赵娜娜教授研究团队的AMR述评文章“Hybrids of Polysaccharides and Inorganic Nanoparticles: From Morphological Design to Diverse Biomedical Applications”在线发表。文章总结了由多糖和无机纳米颗粒构成的杂化体系在生物医学应用中的研究进展，讨论了杂化材料的形貌对其生物性能的影响，同时展望了该领域的发展前景。
关键词：多糖，无机纳米颗粒，杂化材料，形貌，生物医学应用
01 文章内容简介
多糖作为一种天然聚合物具有优异的生物相容性、生物可降解性和生物活性，已经广泛应用于生物医学领域。无机纳米颗粒因其独特的物理化学性质而受到广泛关注，但需要对其进行修饰以增强稳定性和生物相容性。因此，制备多糖-无机杂化纳米颗粒是非常理想的，可通过增强渗透和滞留效应促进纳米颗粒在肿瘤内的积累，实现组分间的功能互补，产生协同效应。此外，纳米颗粒的形貌，包括尺寸、形状、表面粗糙度等，在很大程度上影响了它们与生物系统的相互作用，形貌设计能提高纳米颗粒的生物性能。然而，多糖基纳米颗粒的形貌通常较难调控。相比之下，无机纳米颗粒的形貌调控较为简单，且有利于揭示形貌与性能之间的关系。因此，可构建具有优势形貌的多糖-无机杂化纳米颗粒，以研究其构效关系。目前已开发出多种策略，包括表面修饰、包覆法和模板法，用于构建具有不同形貌的多功能多糖-无机杂化纳米颗粒。值得注意的是，通过对杂化纳米颗粒的形貌设计可以产生新的特性。例如，由葡聚糖和磁性Fe3O4纳米颗粒构建的一维杂化纳米颗粒，可在外加旋转磁场下旋转，从而利用机械力杀伤肿瘤细胞。此外，其他由多糖和无机纳米颗粒构建的杂化体系，包括水凝胶、电纺支架和微针等，可增强无机纳米颗粒的局部递送和滞留，有助于改善治疗效果、减小潜在的副作用。基于这些优势，对多糖和无机纳米颗粒构成的杂化体系的性质、功能和生物医学应用进行了广泛的探索。
在这篇述评中，总结了近年来开发的多糖-无机纳米颗粒杂化材料（杂化纳米颗粒和杂化体系）在生物医学领域的应用探索。首先，综述了通过对无机纳米颗粒表面改性来设计和构建杂化纳米颗粒的工作，这些纳米颗粒的形貌主要取决于刚性的无机纳米颗粒。然后，介绍了通过包覆法和模板法构建不同形貌杂化纳米颗粒的尝试，这些纳米颗粒的形貌由多糖和无机组分共同决定。重点讨论了杂化纳米颗粒的形貌对其性能的影响。基于形貌依赖的性能相关研究结果，总结了具有优势形貌，例如一维、星形、不对称Janus结构和表面粗糙的多糖-无机杂化纳米颗粒，并将其用于增强治疗效果。此外，关注了多糖和无机纳米颗粒构成的多功能杂化体系，如水凝胶、静电纺丝支架、微针等及其生物医学应用的代表性工作。最后，结合目前的研究现状，展望了由多糖和无机纳米颗粒构成的杂化体系在生物医学应用中所面临的机遇和挑战。希望这篇述评能为合理设计多糖-无机纳米颗粒杂化材料提供思路，并为今后形貌依赖的性能相关生物医学研究提供帮助与启发。
02 AMR：请问您对该领域的发展有何种愿景？
作者团队：
多糖和无机纳米颗粒构成的杂化体系具有优异的理化性质和生物相容性，在疾病治疗和组织修复领域正逐渐凸显出巨大的潜力。随着对多糖和无机纳米颗粒的性质与形貌之间的关系有了更深入的了解，有望构建更多的具有不同形貌的多糖-无机纳米颗粒杂化材料，以实现协同效应。希望这些杂化材料的合理设计能为安全高效的生物医学应用指明方向。预计阐明纳米颗粒的形貌和生物性能之间的关系，对于推进其在生物医学领域中的应用非常必要，将成为一个极具吸引力的研究方向。
03 AMR：请分享一下这个领域可能会出现的研究机会！
作者团队：
目前，利用多糖和无机纳米颗粒的特性，已经成功开发了一系列多功能杂化材料，并将其应用于肿瘤治疗、抗菌治疗和组织修复领域。虽然已经取得了巨大的成就，但在实际应用中仍然存在一些问题亟需解决，同时也为未来的研究提供了新的机会。首先面临的挑战是如何简便、可控和大规模地制备杂化材料。然后，需要系统地评估杂化纳米材料在体内的生物安全性，包括杂化纳米材料在病变部位的蓄积、体内分布和清除。此外，还应进一步阐明杂化纳米材料在生物系统中的确切作用机制，特别是形貌依赖的生物性能。同时还需开发和利用新的技术，深入了解杂化纳米材料与细胞、组织和生物体之间的相互作用。
作者团队简介
目前徐福建教授研究团队在高性能止血材料及医用敷料的设计与开发、生物医用材料表面功能化修饰及工程化以及多功能药物/基因递送载体的设计与构建等医用材料方面开展了广泛深入的研究。在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Biomaterials等国际期刊上发表论文250余篇，受邀为Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.、Acc. Mater. Res.、Chem. Soc. Rev.、Prog. Polym. Sci.、Prog. Mater. Sci.等期刊撰写综述论文多篇。现承担国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等项目。申请/授权发明专利60余项，多项专利技术成功落地产业化，并作价入股成立多家公司。同时研究团队与包括中国人民解放军附属第一医院、北京安贞医院、北京天坛医院、北京积水潭医院、北大口腔医院、中日友好医院等国内顶级医院开展了广泛的合作研究，设计开发了系列具有广阔临床应用前景的生物医用材料，也为相关生物医用材料制品的生物学评估、临床前评价等提供了基础。
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Hybrids of Polysaccharides and Inorganic Nanoparticles: From Morphological Design to Diverse Biomedical Applications
Nana Zhao*, Zhuolong Jiao, Linghui Chen, Zhiwen Liu, Xiaoyi Zhao*, and Fu-Jian Xu*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00172
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