介孔二氧化硅,7篇顶刊!
奇物论 2021-06-08
介孔二氧化硅材料具有优异吸附材料的特性:孔道结构有序性;孔径分布单一性和可调控性,介孔形状多样性。使其在吸附分离,工业催化、生物医学、环境保护等领域具有极为重要的作用。下面,奇物论收集了表在顶刊上的关于介孔硅材料生物医学应用的论文,供大家学习和交流。


1. Adv. Mater:纳米催化剂可通过线粒体DNA氧化损伤激活先天免疫以治疗肿瘤
先天免疫系统在保护人体免受肿瘤侵袭方面起着关键作用。然而,这种保护会在很大程度上被肿瘤的免疫抑制功能所抵消。研究表明,这种免疫抑制是由免疫抑制微的环境所诱导产生的,包括耗尽的细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)和促肿瘤的M2极化巨噬细胞。中科院上海硅酸盐研究所施剑林院士和胡萍副研究员提出了一种利用纳米催化剂诱导肿瘤特异性线粒体DNA(mtDNA)氧化损伤而激活先天免疫以用于肿瘤免疫治疗的策略。
 
本文要点:
(1)实验构建了一种纳米催化剂药物,即负载Fe2+-Ru2+的介孔二氧化硅纳米颗粒MSN-Ru2+/Fe2+(MRF),它可以诱导肿瘤细胞mtDNA发生氧化损伤。这种氧化的mtDNA能够从肿瘤细胞中逃逸,并作为一种免疫原性损伤相关的分子模式使肿瘤相关巨噬细胞(TAMs) 发生M1极化,导致巨噬细胞对癌细胞的免疫响应被重新激活,随后产生先天免疫的炎症响应。
(2)研究表明,这种基于调节TAMs先天免疫响应的治疗策略不仅能够阻止原发肿瘤的乏展,而且在治疗期间也能完全抑制远端肿瘤的生长。
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Han Jiang. et al. Nanocatalytic Innate Immunity Activation by Mitochondrial DNA Oxidative Damage for Tumor-Specific Therapy. Advanced Materials. 2021
DOI: 10.1002/adma.202008065
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008065

2. JACS:磁,超声波和光刺激的介孔二氧化硅纳米载体的诊疗应用
加州大学洛杉矶分校Jeffrey I. Zink对磁,超声波和光刺激的介孔二氧化硅纳米载体的诊疗应用进行了综述。
 
本文要点:
(1)刺激响应型多功能介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)是近十年来研究的热点。研究者们设计了各种各样的介孔系统,并将它们用于药物递送和成像等生物医学领域。在各种刺激下,货物分子(如药物)等可以从介孔中实现按需释放。
(2)作者在文中主要讨论了三种非侵入性、生物可用的外部刺激:磁、超声和光,介绍了目前已有的各种单分散二氧化硅微球,并评估了这些纳米平台对各种刺激响应的优缺点;随后,作者介绍了这些平台机制以及它们对刺激的要求;最后,作者也讨论了该领域面临挑战和未来的研究方向,以进一步推动其临床应用。
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Fang-Chu Lin. et al. Magnetism, Ultrasound, and Light-Stimulated Mesoporous Silica Nanocarriers for Theranostics and Beyond. Journal of the American Chemical Society. 2021
DOI: 10.1021/jacs.0c10098
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10098

3. Angew:多色双光子纳米系统用于细胞内多路成像和靶向癌症治疗
基于双光子荧光的新型治疗纳米系统可以在对深度组织进行成像时实现更高的空间分辨率,进而用于对多种癌症进行诊断和治疗。湖南大学谭蔚泓院士和张晓兵教授首次设计和制备了一种基于FRET的双光子介孔二氧化硅纳米颗粒(MTP-MSNs),并将其用于单光激发的多路细胞内成像和靶向癌症治疗。
 
本文要点:
(1)该纳米系统包括两种成分:(1)多色双光子介孔二氧化硅纳米颗粒和(2)作为MTP-MSNs“门卫”的癌细胞靶向适配体。与癌细胞共孵育后,负载有DOX并盖有适配体的MTP-MSNs可以被细胞内化进而打开孔以释放药物。
(2)实验也利用多色双光子荧光成像证明了MTP-MSNs可以作为一种良好的细胞内成像对比剂,其能够增加成像的组织深度和改善组织的空间定位。综上所述,这种多色MTP-MSNs为实现可示踪的靶向癌症治疗提供了一种新型系统,并有望进一步应用于细胞内的多路成像和药物筛选。
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Yong-Xiang Wu. et al. Multicolor Two-photon Nanosystem for Multiplexed Intracellular Imaging and Targeted Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202103027
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103027

4. ACS Nano:聚乙烯亚胺修饰的介孔二氧化硅纳米颗粒在血管内皮细胞中诱导的生存机制
介孔二氧化硅纳米颗粒作为一种具有广阔应用前景的生物分子递送材料而受到了研究者的广泛关注。然而,目前人们对这些单分散二氧化硅微球的潜在细胞毒性仍然不够了解。与裸露的单分散二氧化硅和氨基修饰或脂质体修饰的单分散二氧化硅所不同的是,聚乙烯亚胺修饰的单分散二氧化硅(MSNs-PEI)在浓度高达100 μg/mL时对人脐静脉内皮细胞(HUVECs)无明显毒性。然而,MSNs-PEI会通过阻断自噬体与溶酶体的融合而诱导自噬体积累,这是许多纳米颗粒(NPs)产生细胞毒性的重要机制之一。因此,河南工业大学张璐教授提出在HUVECs中存在另一种自噬体清除途径,进而能够缓解MSNs-PEI诱导的自噬应激。
 
本文要点:
(1)实验发现,MSNs-PEI能够阻止STX17负载到自噬小体上,而不会影响溶酶体的pH值或蛋白水解活性。与此同时,MSNs-PEI可诱导细胞骨架结构发生改变,但不会引起内质网应激。当自噬降解被MSNs-PEI所阻断时,积累的自噬体可通过微囊泡(MVs)被释放到细胞外空间。
(2)研究表明,无论是阻断自噬体的形成还是释放,都会使得被MSNs-PEI处理的HUVECs中产生过量的ROS,进而导致细胞死亡。因此研究者认为,当自噬体降解被MSNs-PEI阻断时,MVs介导的自噬体释放可作为一种代偿机制以使得血管内皮细胞能够存活。由此表明,促进积累的自噬体的释放是一种对抗NPs内皮毒性有效保护策略。
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Lu Zhang. et al. Polyethylenimine-Modified Mesoporous Silica Nanoparticles Induce a Survival Mechanism in Vascular Endothelial Cells via MicrovesicleMediated Autophagosome Release. ACS Nano. 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c03456
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03456

5. Adv. Sci.:介孔二氧化硅纳米颗粒缓解骨质疏松和新骨形成
纳米技术改变了多种疾病的治疗理念,在药物和基因传递方面产生了巨大的影响。在不同的目标疾病中,骨质疏松症具有破坏性的临床和经济后果。由于目前的骨质疏松治疗存在一些副作用,需要新的治疗方法。近年来,小干扰RNA(siRNA)的应用已成为一种很有前途的替代方法。Wnt/β-cateni信号通路控制骨发育和形成。该途径受到硬化蛋白的负调控,通过应用siRNA来抑制硬化蛋白可能会促进骨形成。然而,基于siRNA治疗的主要瓶颈是递送载体的必要性,这使纳米技术成为一种潜在的解决方案。在可用的纳米载体中,介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)在siRNAs的细胞内传递方面引起了极大的关注。有鉴于此,马德里康普顿斯大学Miguel Manzano、María Vallet-Regí等人评估了基于MSN的新的潜在骨质疏松症治疗的有效性。
 
本文要点:
1)提出了一种基于介孔二氧化硅纳米颗粒的修饰系统,能够通过皮下注射转运和传递SOST siRNA和骨生成抑制素。单分散二氧化硅纳米粒子经过PEG和ALN修饰,具有良好的胶体稳定性和骨靶向能力,从而可以更有效地将生物分子传递到目标组织。
2)验证了优化系统的靶向能力和胶体稳定性。该系统能够保护siRNA免受RNases的影响,保持单分散性和悬浮稳定性,并且在合成HA周围累积。
3)纳米颗粒装载有骨抑制素和SOST siRNA,并皮下注射到切除卵巢的小鼠体内。纳米颗粒给药后基因表达被修饰,SOST被有效敲除,重要的成骨标记物和血管化相关基因增加,是新骨形成的第一个迹象。这一体内基因表达分析证明了该系统对潜在骨质疏松治疗的效率。
4)骨骼的微结构也通过μCT、组织学和免疫组织化学分析进行了测量。结果表明,经过3周的系统治疗,骨的微结构由于负载的纳米载体而得到改善。此外,将所设计的纳米粒子的应用效果与常规处理方法PTH的效果进行了比较。与PTH治疗相比,纳米颗粒共同递送两种治疗药物不仅实现了更大的成骨标志物刺激,而且与激素治疗相比,基因表达修饰导致了更好的骨结构。经治疗的去卵巢小鼠几乎恢复了健康小鼠的值,这意味着这里提出的系统可以被认为是骨质疏松症全身治疗的有希望替代方案。
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参考文献:
Patricia Mora-Raimundo et al. Osteoporosis Remission and New Bone Formation with Mesoporous Silica Nanoparticles. Adv. Sci. 2021, 2101107.
DOI: 10.1002/advs.202101107.
https://doi.org/10.1002/advs.202101107

6. ACS Nano:超快定向Janus Pt-介孔二氧化硅纳米马达用于智能药物递送
具有高效推进和货物牵引功能的生物纳米马达因其在生物传感、诊断和治疗方面的应用潜力而备受关注。其中,自推进型纳米马达可以智能地对治疗有效载荷进行控制释放,然而这一技术在实际生物医学应用中仍然面临着诸多挑战。西班牙瓦伦西亚大学Ramón Martínez-Máñez设计合成了一种新型多功能JanusPt-介孔二氧化硅纳米马达,它由推动元素 (Pt)、药物载体(介孔二氧化硅纳米颗粒的),和含有二硫键的低聚乙二醇链(S−S−PEG)所组成。
 
本文要点:
(1)由于可以催化分解低浓度的过氧化氢,该Janus型纳米马达具有超快的自推进运动性能。同时,该纳米马达也可以进行方向性运动,驱动发动机朝着生物靶标THP-1癌细胞运动。随后,由于细胞内谷胱甘肽会还原断开该系统中的二硫键,这种快速定向的运动也能有助于实现该系统被细胞快速内化和按需特异性的细胞毒性药物释放。
(2)在没有燃料(过氧化氢)的情况下,该纳米马达既不能定向移动,也不能到达癌细胞并释放运送的货物,这表明燃料是该马达系统需要进入特定区域并其细胞内化和药物释放的重要因素。综上所述,这一纳米系统能够进行快速自主运动,具有多功能性和刺激响应控制药物释放等功能,有望用于多种生物医学领域。
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Paula Díez. et al. Ultrafast Directional Janus Pt−Mesoporous Silica Nanomotors for Smart Drug Delivery. ACS Nano. 2021
DOI: 10.1021/acsnano.0c08404
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c08404

7. Small:负载铂药物的硅质体纳米载体用于对胰腺癌进行化学-免疫治疗
加州大学Huan Meng和Andre E. Nel开发了一种基于介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNP)的平台,它可用于对一系列活化的铂(Pt)化学药物进行高剂量负载,这些药物可以在弱碱性pH条件下通过静电和配位化学作用附着在多孔载体的内部。
 
本文要点:
(1)除了具有改善药物递送的设计特点外,MSNP还可以被包覆在脂质双分子层(硅小体)中以提高其被静脉注射后的胶体稳定性。在原位kras衍生的胰腺癌(PDAC)模型中,被封装的奥沙利铂(1,2-环己烷二胺铂(II) (DACHPt))与游离药物相比具有更好的药代动力学和肿瘤内递送效率。注射负载有DACHPt的硅小体不仅能更有效的杀伤肿瘤细胞,而且也证明了化疗诱导的细胞死亡会伴有免疫原性细胞死亡(ICD)的产生,同时可以显著降低骨髓毒性。
(2)实验通过多种手段对伴随产生的ICD进行了验证。生存实验结果表明,负载有DACHPt的硅小体对荷瘤小鼠的生存结果有显著改善,并且通过延迟使用抗PD-1抗体可以使得生存时间进一步延长。
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Xiangsheng Liu. et al. Development of Facile and Versatile Platinum Drug Delivering Silicasome Nanocarriers for Efficient Pancreatic Cancer Chemo-Immunotherapy. Small. 2021
DOI: 10.1002/smll.202005993
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202005993



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