纳米医学如今是生物医学领域非常热门的研究方向，在这个领域涌现了许多科研新星和后期之秀。在这其中，北京化工大学生命科学与技术学院的刘惠玉教授就是佼佼者之一。近段时间，国自然科学基金评审结果陆续公布，她也获得了2023年北京化工大学唯一的国家杰出青年科学基金资助。接下来，就让我们领略一下新晋杰青女神的风采！
刘惠玉，教授，博士生导师，国家杰出青年基金、国家优秀青年基金和牛顿高级学者基金获得者。2001年本科毕业于天津工业大学材料学院，获高分子材料科学与工程学士学位；2004年获天津工业大学高分子材料科学与工程硕士学位；2007年7月博士毕业于中国科学院理化技术研究所（TIPC）并留所工作担任助理研究员，并于2010年晋升为副研究员。2013年9月至2014年9月在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）作访问学者，2015年11月起任北京化工大学（BUCT）教授。
刘教授的研究领域为生物医用材料，在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., ACS Nano等国际期刊发表论文110余篇，总引用11000余次，ESI高被引论文13篇，H指数48，授权发明专利16项。担任Wiley旗下Exploration期刊副主编，Mater. Des.编委，Mater. Express编委，BMEMat青年编委，《无机化学学报》青年编委。中国医药生物技术协会纳米生物技术分会常务委员。曾获北京市医学科技奖二等奖（排名2），中国科学院卢嘉锡青年人才奖，北京市科技新星，京博科技奖-京博优秀博士论文奖优秀奖博士导师等荣誉称号。入选Angewandte 2019/2020年度原创研究工作高被引全球前25位，并于2019-2022年连续入选Elsevier&Stanford公布的“标准化引文指标全科作者数据库”全球10万全科科学家年度影响力名单。
Angew：纳米类酶催化阻断菌群通讯抑制生物膜形成
生物膜是微生物在固-液界面形成的被膜结构，由细胞外多糖、蛋白质、DNA 等生物分子及多种微生物群落组成，形成肉眼可见的粘膜状物质。生物膜是细菌抵抗环境胁迫的主要屏障，也是耐药微生物扩散的重要途经。传统杀菌剂抗生物膜性能有限，长期使用还会导致细菌耐药性进化。如何有效抑制细菌生物膜形成且不引发耐药性的扩散，是环境、医疗、食品加工等领域面临的科学难题。
苏州大学李瑞宾教授与北京化工大学刘惠玉教授基于生物膜形成的分子机制，提出了催化降解AHL信号分子、阻断菌群通讯，抑制生物膜形成的新策略。研究通过仿生降解AHL的内酯酶活性中心，合成了一系列具有Zn-Nx-C结构的纳米材料。研究证明，该材料具有类内酯酶活性，因此能够降解微生物外泌的AHL信号分子，干扰QS信号通路，抑制细菌生物膜结构的形成。在真实水体环境中，Zn-Nx-C涂敷层也可有效抑制船体材料表面生物膜的形成。在苏杭大运河暴露30天后，Zn-Nx-C涂敷层对生物膜的抑制效率高达80.3%。综上所述，该研究首次报道了具有类内酯酶活性的纳米材料，并且证实了Zn-Nx-C能够催化降解耐药微生物的AHL分子，抑制生物膜形成。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202305485
Adv. Mater.：张应变钯纳米片可优化协同催化疗法和光疗法
钯纳米片（Pd NSs）具有高稳定性、形状均一性和近红外（NIR）区表面等离子体共振（SPR）等优点，不仅是一种优秀的催化剂，也是目前研究较多的光热治疗剂。但对于Pd NSs来说，其主要由非活性的（111）晶面密堆包围而成，而（111）晶面是所有晶面中表面自由能最低的，因此Pd NSs在肿瘤治疗方面（例如光动力疗法（PDT）和基于纳米酶的催化疗法）的催化潜力还没有得到充分的开发。
有鉴于此，北京化工大学刘惠玉教授和中科院化学所黄志军助理研究员等人通过表面重构引入了晶格张应变（lattice tensile strain）来激活惰性表面，从而赋予应变PdNSs（SPd NSs）光动力、类过氧化氢酶和类过氧化物酶特性。密度泛函理论计算则进一步揭示和证明了张应变可有效促进光动力学和类酶活性。因此，与Pd NSs相比，SPd NSs的光热作用虽然较弱，但其抑瘤作用却提高了5倍左右。研究认为，这项工作为深入研究通过应变工程和表面重构来激活纳米材料以促进肿瘤催化治疗提供了机会。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202202609
Adv. Mater.：仿生五配位单原子铁基纳米酶用于肿瘤催化疗法
纳米酶是一类具有类酶特性的纳米粒子催化剂，已成为连接纳米技术和酶催化相关生物医学应用的纽带。而单原子纳米酶则是生物医学领域的一个新的研究前沿。合理设计和可控合成具有明确电子和几何结构的单原子纳米酶，虽然困难重重，但对于最大限度地提高材料类酶催化活性和治疗效果至关重要。
北京化工大学刘惠玉教授等人提出了一种三聚氰胺介导的裂解活化策略，可用于可控制备含五配位结构的铁基单原子纳米酶（FeN5）。该结构可通过透射电子显微镜成像和X射线吸收精细结构分析进行鉴定。研究表示，通过优化配位结构，FeN5单原子纳米酶表现出优异的类过氧化物酶活性；而通过稳态动力学分析，FeN5单原子纳米酶中铁物种的催化效率分别是传统FeN4单原子纳米酶和四氧化三铁纳米酶的7.64倍和3.45×105倍。由于在肿瘤微环境下具有优异的类过氧化物酶活性，合成的FeN5单原子纳米酶在体外和体内均显示出显著增强的抗肿瘤作用。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202107088
JACS：具有高活性一维纳米孔的可降解多孔钯纳米片用于缺氧肿瘤的协同光疗
钯纳米片（Pd-NSs）因其在光热治疗中的应用前景广阔而受到广泛关注。然而，它们的光动力特性很少被报道。北京化工大学刘惠玉教授和中科院化学所黄志军助理研究员等人首次使用各向异性氧化蚀刻策略制造了具有本征光动力和耐缺氧能力的多孔Pd-NSs（H-Pd-NSs），并可在孔壁上引入了具有活性（100）面的一维纳米孔。由于氧化蚀刻，在模拟生理介质中观察到H-Pd NSs的逐渐降解。体外和体内研究表明，单组分H-Pd NSs可以作为光热/光动力剂用于成像引导的缺氧肿瘤治疗，肿瘤抑制率高达99.7%。这项工作为在金属孔壁中引入活性平面提供了思路，拓宽了Pd-NSs的应用范围，并可用于设计可生物降解的贵金属纳米治疗剂以实现癌症治疗。
文献链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12929
Angew：MOF基蛋黄壳纳米结构的溶剂依赖性吸附驱动机制
基于金属有机框架（MOFs）的卵黄壳纳米结构由于其多功能性，近年来引起了人们的极大关注。然而，卵黄壳纳米结构的大小和形态的调控机制仍然未得到透彻的研究。
北京化工大学刘惠玉教授首次阐释了一种溶剂依赖性吸附驱动机制，可用于合成涂有介孔SiO2壳的蛋黄壳MOFs基纳米结构(ZIF-8@mSiO2)，并赋予其可调的尺寸和形态。研究发现，甲醇（CH3OH）和水（H2O）在ZIF-8核上的选择性和竞争性吸附对诱导卵黄壳纳米结构的形态演变具有决定性影响。而进一步获得的蛋黄——去壳ZIF-8@mSiO2纳米结构在体外可产生声空化效应，在癌症的声动力学治疗方面显示出巨大的前景。研究相信，这项工作不仅有助于我们设计新型的基于MOFs的卵黄壳纳米结构，而且有助于促进MOFs材料的广泛应用。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014895
Angew：MOF衍生的具有氧生成能力的双层中空纳米颗粒用于多模态成像引导声动力治疗
与同样基于ROS的光动力疗法相比，SDT具有穿透深度高的优点，引起了广泛关注。然而，肿瘤中的缺氧条件显著限制了SDT的抗癌效率，而SDT的治疗效果取决于O2。此外，在SDT过程中，O2会被逐渐消耗，这会加剧肿瘤的生长和转移。
北京化工大学刘惠玉教授和中国人民解放军总医院刘凤永教授等人制备了一种MOF衍生的双层中空硅酸锰纳米颗粒（DHMS），用于多模式成像引导的SDT 。DHMS由使用沸石咪唑骨架（ZIF-8）作为模板原位生长Mn2+而成。DHMS在US照射下可以产生大量的单线态氧（1O2）和羟基自由基（·OH），因为过渡金属Mn在US照射时可以被空穴氧化，有效地改善了电子-空穴的分离。电子自旋共振（ESR）实验表明，DHMS的1O2水平提高了339.3 %。此外，DHMS具有通过与内源性H2O2反应产生O2的优异能力，可以克服肿瘤缺氧，提高SDT的效率。由于Mn离子的存在，DHMS具有强大的超声和磁共振（MR）成像能力，有利于肿瘤监测和治疗。体内实验证明DHMS具有较高的肿瘤治疗效率（92.0 %)。研究相信相信DHMS为开发产生O2的声敏剂提供了新的见解。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202004894
Angew综述：二维光热治疗性纳米材料
二维（2D）纳米材料由于其超薄结构、高比表面积和独特的光电特性，被认为是新型光热剂。除了单一光热疗法（PTT）外，2D纳米材料在基于PTT的协同疗法中也显示出巨大的潜力。到目前为止，2D纳米材料在组织工程和肿瘤诊断中的应用已经有许多总结，但很少有综述以光热试剂（PTAs）的角度来进行总结。
有鉴于此，北京化工大学刘惠玉教授总结了一些典型2D纳米材料的独特光学性质、合成方法和表面改性，包括石墨烯及其衍生物、BP、MXenes，过渡金属二硫族化物（TMDs）和Pd纳米片。文章着重介绍和讨论了它们在PTT和PTT联合应用癌症治疗领域的最新研究进展。此外，还总结了它们作为PTA在癌症治疗中的缺点和前景。作者希望这篇小型综述将为2D纳米材料在生物医学领域的应用提供新的思路和见解。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201911477
Angew：具有光增强双酶样活性的纳米酶可治疗深部胰腺癌
研究表明，纳米催化剂可以通过直接电子转移和光增强Fenton反应在光照射下促进ROS的产生。另外，纳米酶的光热效应可以显著改善ROS的生成。因此，纳米酶的光增强催化活性和光热效应有望实现肿瘤催化治疗和光热治疗（PTT）的平衡结合。
北京化工大学刘惠玉教授和中科院理化所张铁锐研究员构建了一种具有双重酶样活性的纳米酶(PtFe@Fe3O4)用于高效肿瘤催化治疗。作为H2O2响应性纳米酶，PtFe@ Fe3O4在酸性条件下表现出固有的POD样和CAT样活性。更重要的是，PtFe@ Fe3O4在近红外激光照射下的类酶性能可显著增强。同时，对于在体内深层肿瘤治疗中，研究使用了一种光介入装置来实现原位光增强催化活性策略。结合优异的光热效应，PtFe@ Fe3O4纳米酶能有效克服肿瘤缺氧，杀死肿瘤细胞，抑瘤率达99.8 %。此外，为了更好地了解PtFe@ Fe3O4纳米酶，研究还首次揭示了PtFe纳米棒（NR）、Fe3O4纳米颗粒（NP）和H2O2分子之间的电子转移过程。研究相信这项工作将为探索新的基于纳米酶的肿瘤催化治疗策略开辟一个新的视野。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904751
Adv. Mater.：免疫调节协同纳米酶催化治疗肿瘤
纳米酶是一种新型的人工模拟酶，其活性可调、稳定性高、易制备和成本低的优势使其在肿瘤催化治疗领域被不断发展。然而现阶段纳米酶的治疗效率仍然受肿瘤微环境诸多因素制约，如内源性过氧化氢含量不足、乏氧和免疫抑制性微环境等。因此，迫切需要发展更为高效的纳米酶基肿瘤催化治疗策略。
北京化工大学刘惠玉教授与中科院过程工程研究所魏炜研究员首次提出了一种基于免疫微环境调节的肿瘤催化治疗策略，通过免疫微环境调节与纳米酶催化活性作用间的协同，实现了肿瘤的高效治疗。在该策略中，纳米酶表现出双酶活性，即利用过氧化物酶活性产生具有肿瘤杀伤性的羟基自由基，利用过氧化氢酶活性产生氧气以缓解肿瘤乏氧。纳米酶可与TGF-β抑制剂协同，共同调节免疫微环境，诱导M2型巨噬细胞极化为M1型巨噬细胞，从而提升瘤内H2O2浓度，增强纳米酶催化活性。改善的免疫微环境和增强的纳米酶活性协同作用，最终实现了对荷瘤小鼠肿瘤87.5%的抑制率。我们相信该工作可为发展新型的纳米酶基肿瘤催化治疗策略提供新思路。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003563
Angew：近红外触发的外源酶在局部光热化学治疗中的前药活化作用
酶已被用于指导前药在癌症治疗中的转化。然而，内源性酶的非特异性分布严重阻碍了它们的生物应用。北京化工大学刘惠玉教授和袁其朋教授开发了一种基于外源酶递送和重塑肿瘤细胞环境的近红外触发局部化学光热疗法。热疗提高了酶的催化效率，化疗药物对热休克蛋白90的抑制作用则提高了光热疗法的疗效。局部化疗光疗在4T1荷瘤小鼠模型中实现了一次性成功治愈。因此，PTT和化疗之间的相互加强的反馈回路可以通过照射来启动，这在癌症治疗中具有很好的前景。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902476
Angew：可用于伤口消毒的单原子纳米酶
单原子催化剂（SACs）作为均相催化剂，在化学催化方面得到了广泛的探索。然而，很少有研究关注SAC在酶催化中的应用。北京化工大学刘惠玉教授和中国科学院生物物理研究所阎锡蕴院士/范克龙研究员报道了含有原子分散的锌原子的锌基沸石咪唑骨架（ZIF-8）衍生的碳纳米材料可以作为高效的单原子过氧化物酶模拟物。为了揭示其结构-活性关系，作者系统地研究了单原子纳米酶（SAzyme）的结构演变。此外，利用密度泛函理论（DFT）计算揭示了SAzyme的配位不饱和活性锌位点和催化机理。SAzyme具有较高的治疗效果和生物安全性，在伤口抗菌应用方面显示出巨大的前景。
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201813994
来源：BioMed科技
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