国家纳米科学中心中科院纳米生物效应与安全性重点实验室王浩

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王浩, 杰青，百人计划研究员，国家纳米科学中心博士生导师。2000年毕业于南开大学化学系，并被保送南开大学化学系直接攻读博士学位，从事超分子自组装体系的构筑及其功能的研究，2005年获得博士学位。同年获得德国洪堡奖学金，在德国维尔茨堡大学（University of Wurzburg）进行可控组装光学活性分子研究。2007年在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）医学院和加州纳米系统研究院（CNSI）进行博士后研究，主要从事纳米材料的制备与表征及其在癌症诊断与治疗中的应用。 2011年受聘于国家纳米科学中心，中科院纳米生物效应与安全性重点实验室。主要从事纳米生物材料研究。2017年获得基金委国家杰出青年基金，2016年百人计划结题优秀，2011年中科院海外引进杰出人才（百人计划），2007年获得全国百篇优秀博士论文提名奖，2007年获得天津市优秀博士论文奖，2006年获得德国洪堡奖学金，2004年杨石先奖学金并被授予“南开十杰”称号。截止目前为止发表论文100余篇，包括Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater. ACS Nano等，参编5部专著章节，申请美国专利2项，国内专利15项。目前作为项目和课题负责人承担了基金委国家杰出青年基金，国家重点基础研究发展计划（973），中科院海外引进杰出人才计划， 国家自然科学基金项目和北京市科委项目等。

姓    名:王浩       
性    别:男
职    务:无        
职    称:研究员
通讯地址:北京市海淀区中关村北一条11号
邮政编码:100190        
电子邮件:wanghao@nanoctr.cn        
王浩课题组网中文页：http://www.nanoctr.cn/wanghao
王浩课题组英文网页：http://www.nanoctr.cas.cn/wanghaoen/
研究领域：
纳米生物材料的设计与合成
微流芯片用于纳米材料的初筛和癌症的体外诊断
癌症的体外、体内早期诊断纳米技术
获奖及荣誉：
2007 天津市优秀博士论文
2005 德国洪堡奖学金
2004 “南开十杰”称号
代表论著：
[1]. Host-Guest Supramolecular Nanosystems for Cancer Diagnostics and Therapeutics
Lei Wang, Lili Li, Yuanshan Fan and Hao Wang*
Adv. Mater. 2013, Accepted (Invited review)
[2]. A Non-Contact Strategy for Precisely Controlled Enrichment, Manipulation and Separation of Carbon Nanotubes by Surface Acoustic Waves
Qian Zeng, Lili Li, Horse L. Ma, Junhua Xu, Yunshan Fan and Hao Wang*
App. Phys. Lett., 2013, Accepted
[3].Supramolecular Gelatin Nanoparticles as Matrix Metalloproteinases Responsive Cancer Cell Imaging Probes
Jun-Hua Xu, Fu-Ping Gao, Xuefeng Liu, Qian Zeng, Shi-Shang Guo, Zhi-Yong Tang, Xing-Zhong Zhao* and Hao Wang*
Chem. Commun. 2013, 49, 4462 - 4464. (back cover)
[4].Enzyme-Coated Mesoporous Silica Nanoparticles as Efficient Anti-bacterial Agents In Vivo
Li Lili and Hao Wang*
Adv. Healthcare Mater. 2013, in press.
[5].Delivery of Intact Transcription Factor Using Self-Assembled Supramolecular Nanoparticles
Yang Liu, Hao Wang*, Ken-ichiro Kamei, Ming Yan, Kuan-Ju Chen, Linqi Shi*, Yunfeng Lu*, and Hsian-Rong Tseng*
Angew Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3058-3062.
Selected as "VIP" paper
[6]. A Rapid Pathway Toward a Superb Gene Delivery System: Programming Structural and Functional Diversity into a Supramolecular Nanoparticle Library
Hao Wang, Kan Liu, Kuan-Ju Chen, Yujie Lu, Shutao Wang, Wei-Yu Lin, Feng Guo, Ken-ichiro Kamei, Yi-Chun Chen, Minori Ohashi, Mingwei Wang, Mitch André Garcia, Xing-Zhong Zhao, Clifton K.-F. Shen*, Hsian-Rong Tseng*
ACS Nano, 2010, 4, 6235-6243. (Cover paper)
Press release: UCLA newsroom, UCLA weekly news, CNSI news.
Highlight: Lab on a Chip
[7]. A Small Library of DNA-Encapsulated Supramolecular Nanoparticles for Targeted Gene Delivery
Hao Wang*,  Kuan-Ju Chen, Shutao Wang, Minori Ohashi, Ken-ichiro Kamei, Jing Sun, Ji Hoon Ha, Kan Liu, Hsian-Rong Tseng*
Chem. Commun. 2010, 46, 1851-1853. (Corresponding author)
[8].A Supramolecular Approach for Preparation of Size-Controllable Nanoparticles
Hao Wang, Shutao Wang, Helen Su, Kuan-Ju Chen, Amanda Lee Armijo, Wei-Yu Lin, Yanju Wang, Jing Sun, Ken-ichiro Kamei, Johannes Czernin*, Caius G. Radu* and Hsian-Rong Tseng*
Angew Chem. Int. Ed. 2009, 48, 4344-4348.
[10]. Supramolecular Construction of Fluorescence J-Aggregates Based on Hydrogen-Bonded Perylene Dyes
Theo. E. Kaiser, Hao Wang, Vladimir Stepanenko, Frank Würthner*
Angew Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5541-5544.
[11]. Supramolecular Aggregates Constructed From Gold Nanoparticles and L-Try-CD Polypseudorotaxenes as a Captor for Fullerenes
Yu Liu*, Hao Wang, Yong Chen, Chen-Feng Ke and Min Liu
J. Am. Chem. Soc. 2005, 127，657-666.
[12]. Water-Soluble Supramolecular Fullerene Assembly Mediated by Metallobridged b-Cyclodextrins
Yu Liu*, Hao Wang, Peng Liang, and Heng-Yi Zhang
Angew Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2690-2694.
[9].Perylene Bisimide J-Aggregates with Absorption Maxima in the NIR
Hao Wang, Theo E. Kaiser, Shinobu Uemura and Frank Würthner*
Chem. Commun. 2008, 1181–1183.

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国家纳米科学中心王浩AM综述：模块化设计肽基材料作为癌症诊疗平台

自组装纳米材料作为癌症诊疗平台用于高性能生物成像和疾病治疗具有很高的效率。然而，这种组装纳米材料的结构可能会在复杂的生理条件下发生变化，导致其性能或生物功能受损。因此，利用了化学自组装和生物医学的优势的一种体内自组装的新策略开始被提出。Li等人综述了目前利用体内自组装策略构建肽基纳米材料的研究进展：包括利用模块化构建多肽，使其具有靶向性、自组装性和生物功能等多种功能；并且在此基础上介绍了在生物系统中如何构建纳米结构的各种形态以及各自独特的生物效应，并将其进一步应用于高性能药物递送和生物成像；最后也对体内自组装肽基纳米材料在转化医学领域的发展前景进行了展望。

Li L L, Qiao Z Y, et al. Programmable Construction of Peptide-Based Materials in Living Subjects: From Modular Designand Morphological Control to Theranostics[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201804971

https://doi.org/10.1002/adma.201804971

zhijiage

Acc. Chem. Res.：基于双芘自组装纳米材料：体内自组装、转化及生物医学效应

自组装纳米材料是一类具有高效成像和治疗效果的诊疗剂。然而，在复杂的生理条件下，预组装的纳米材料的超结构和性质会有些受损。鉴于自组装系统的动态性质和自适应行为的优势，王浩课题组提出了一种用于在生物体中原位构建纳米材料的“体内自组装”策略。对于体内自组装的概念验证研究，作者开发了一种双芘（BP）分子作为多功能构建块，BP分子在单体状态下无荧光。量子化学计算表明，BP形成扭曲的分子内电荷转移状态，其被分成两个正交单元，荧光发射被抑制。但XRD证实，通过形成J型聚集体观察到典型的BP荧光发射，其通过分子间π-π相互作用以面对面的方式滑动与相邻的芘单元相互作用。由于BP的疏水性和π-π相互作用，BP和其两亲衍生物能够在水溶液中自聚集成纳米颗粒（NPs）。在特定的生物刺激下，BP NPs可以转化其自组装超结构。更重要的是，自组装BP NPs具有点亮的荧光信号，可用于监测体外和体内的自组装/解组装过程。
基于BP及其聚集体的光物理性质，作者又合成了一系列设计的BP衍生物作为体内原位构建生物成像和治疗的功能性纳米材料。然后观察到了几种新的生物医学效应，如（1）组装/聚集诱导的保留（AIR）效应，这种效应反映了生物活性纳米材料在目标区域中的积累和保留；（2）转化诱导的表面粘附（TISA）效应，这意味着大部分BP NPs在与特定受体结合后转化为细胞表面的纳米纤维（NFs），而通过传统内吞作用入胞的BP NPs大大减少；（3）将BP NPs转化为肿瘤微环境中的NFs，显示出高积累和长保留，揭示转化增强的积累和保留（TEAR）效应。

在本论文中，国家纳米中心王浩研究员、王磊研究员和中南民族大学李香丹教授总结了BP单元在生物环境中聚集时的荧光特性和发射机制。此外，作者介绍了用于体内自组装和转化的BP衍生化合物，涉及调节策略。随后又讨论了基于BP的纳米材料出乎意料的生物医学效应和治疗诊断的应用。最后，作者还总结了基于BP的自组装纳米材料的未来发展前景。该成果近日以题为“Bispyrene-Based Self-Assembled Nanomaterials: In Vivo Self-Assembly, Transformation, and Biomedical Effects”发表在知名期刊Acc. Chem. Res.上。

自组装纳米材料现已广泛用于纳米医学领域。但由于自组装纳米材料的动态性质，当在体内接触生物界面时，其形态和性质都会发生变化。为了深入了解纳米组装材料在体内发生的情况，作者提出了一种体内自组装策略，以观察体内自组装过程并原位构建自组装纳米材料。因此BP分子单元应运而生，其在组装时显示出增强的荧光，并且由于芘的强疏水性和π-π相互作用而倾向于诱导自组装。此外，BP NPs在与KLVFF偶联时转化为NFs。原位自组装通常在特定生理和病理区域的刺激下实现，如酶、pH和氧化还原应激，用于构建功能性治疗诊断纳米粒子用于提高血液循环，靶向，积累，保留和释放。原位自组装可以智能地监测生物过程，生物分子的活性以及进行体内疾病诊断。构建纳米材料的原位转化显示出新的生物医学效应，例如与细胞摄取不同的转化诱导的表面粘附（TISA）效应，显示出比传统NPs的EPR效应更长保留的转化增强的积累和保留（TEAR）效应等。基于双芘自组装纳米材料除了从NPs到NFs的形态转换外，根据生物医学成像和治疗的需要，可以进行包括尺寸、表面电荷和形状调控，显示出极具前途的智能性和针对性。
目前，这个领域也出现了一些新的挑战，主要内容如下：
（i）实现生物适应性自组装的前体的设计原则，并精确控制体内产生的目标结构；
（ii）开发先进的体内工具和表征自组装结构动态行为的策略；
（iii）理解生物界面中外源自组装材料的结构演变；
（iv）在体内自组装纳米材料的分解和排泄的形态和结构转变应引起广泛关注。
最后，作者认为对自组装纳米材料的功效和生物安全性的系统评估将极大地帮助其临床智治疗诊断应用的转化。

文献链接：Bispyrene-Based Self-Assembled Nanomaterials: In Vivo Self-Assembly, Transformation, and Biomedical Effects (Acc. Chem. Res., 2019, DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00398)

jidian

王浩AM：在肿瘤细胞膜上进行肽自组装用于对肾细胞癌的敏化化疗

肾细胞癌(RCC)因其固有的耐药特性，目前临床上还不能采用化学治疗。因此，提高癌细胞对于化疗的敏感程度在肾细胞癌的治疗和提高患者生存率中具有至关重要的作用。Wang等人采用识别-反应-聚集(RRA)级联策略，在肾癌细胞膜上原位构建基于肽的上层结构，使细胞膜的通透性受到特异性干扰，进而在体外和体内增强其对化学药物敏感性。P1-DBCO可以通过靶向碳酸酐酶IX来特异性识别肾癌细胞。实验随后引入P2-N3，它可与P1-DBCO发生反应形成肽P3，而肽P3的疏水性很强可以聚集成上层结构。保留在细胞膜上的上层结构会扰乱膜的完整性和通透性，使更多的阿霉素(DOX)被肾癌细胞吸收。实验结果也证明利用RRA策略可以显著抑制异种移植肿瘤的生长。

Wang Z Q, An H W, et al. Addressable Peptide Self-Assembly on the Cancer Cell Membrane for Sensitizing Chemotherapy of Renal Cell Carcinoma. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201807175

https://doi.org/10.1002/adma.201807175

jiangnanan

王浩JACS：自催化转化形态平台用于提高药物的肿瘤积累

如何实现将纳米药物准确高效地递送至病灶仍然是目前一个关键的挑战。国家纳米科学中心王浩研究员和乔增莹副研究员合作提出了一种通过动力学控制的自催化形态转化平台来改善药物在肿瘤的特异性积累。研究发现，前药会从纳米颗粒的形态原位重组形成β-sheet纤维结构，而这种转化是基于成核生长的动力学过程。而通过多次给药的过程即可实现跳过缓慢的成核过程来实现自催化形貌转化，进而瞬间构建大体积纳米组装体，并诱导前药的累积效应。随后，这种纤维结构的前药“仓库”会在肿瘤部位持续释药，有效抑制肿瘤生长。这种体内自催化形态转化策略通过引入化学动力学为靶向递送药物策略提供了新的方法，在疾病治疗中也具有出巨大的应用价值。

Cheng D B, Wang D, et al. Autocatalytic Morphology Transformation Platform for Targeted Drug Accumulation. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13512

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13512

chunyu

90%的肿瘤患者死于肿瘤转移，肿瘤组织的高度血管化及肿瘤干细胞（CSCs）是加速肿瘤转移的两大危险因素。由于肿瘤组织的高度血管化，其血管内皮细胞快速增殖，导致肿瘤血管发育不成熟、内皮通透性较高，因此肿瘤细胞较易透过血管进入血液循环进而导致肿瘤转移。肿瘤干细胞是肿瘤内的一类恶性程度高的细胞亚群，具有极强的转移能力，并且可以通过旁分泌的方式促进肿瘤细胞发生远处转移，目前肿瘤干细胞被视为是肿瘤转移发生的始动因素。肾透明细胞癌具有高血管密度的特性，是最常见的肾癌类型，约占全部病例的80%，在确诊时约有30%的患者已发生转移。同时，转移性肾癌组织内往往存在大量的CSCs，导致患者的临床预后更差。因此，同时抑制肾癌干细胞和肿瘤血管对抑制肾癌增殖与转移具有重大意义。

       国家纳米科学中心王浩研究员课题组和哈尔滨医科大学附属第四医院徐万海教授课题组针对转移性肾癌特点，进行深入研究，开发了一种基于自组装多肽的新型纳米材料，命名为TDS（Transformable Dual-inhibition System）。该材料可同时靶向肾癌新生血管内皮细胞和肿瘤干细胞共同表面标志物CD105，通过配体-受体结合作用，在细胞膜上发生自组装形变，在原位构建纳米纤维屏障，其有助于降低肾癌新生血管内皮通透性和血管生成，并且抑制肾癌CSCs的干性和转移能力，最终抑制肾癌的转移，为肿瘤治疗提供了靶向内皮细胞及CSCs的可能性。
      体外实验结果表明，TDS使血管通透性降低了67.0±4.7%，血管生成减少了62.0±4.0%，有效地降低了血管的通透性及血管生成，对肿瘤的高度血管化起到了明显的抑制作用；对于人源性CSCs，TDS使其CSCs成球减少了2.4倍，迁移细胞数量与侵袭细胞数量分别减少至45.5%±1.8%与37.3%±7.2%，显著降低了CSCs的干性与侵袭能力。在患者来源的异种移植(PDX)小鼠模型中，TDS显著抑制肿瘤的发生和血管的生成。与对照组相比，TDS使肿瘤的微血管密度（MVD）明显减少，肿瘤体积减小至24.3% ± 7.4%，肺内转移灶也减少了5.0倍。可见，TDS可以在体内有效抑制肿瘤血管新生与肿瘤生长，并显著减少肿瘤转移的发生。
      综上所述，该工作中构建的基于自组装肽的可转化双抑制系统(TDS)，可以显著抑制肿瘤血管通透性及血管生成，并抑制CSCs干性，减少了肿瘤转移的发生，为转移性肾癌治疗提供了靶向内皮细胞及CSCs的可能性，也为其它类型肿瘤的靶向治疗提供了新思路。相关工作得到了黑龙江省应用技术研究与开发计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的资助。相关论文在线发表于Small(DOI: 10.1002/smll.202004548)上，并于当期Inside Back Cover做简要介绍。