中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室黄宇彬

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黄宇彬，中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室研究员。1999年毕业于中科院长春应化所，获博士学位；2000年起在日本早稻田大学历任讲师、副教授。2006年起任中科院长春应化所研究员，博士生导师，2008年入选中国科学院“百人计划”。作为负责人主持科技部、基金委、中国科学院等各类项目19项。现为《中国组织工程研究与临床康复》以及《中国生物制品学杂志》编委，中国血液代用品协会理事。长期开展了人造红血球、聚合物-天然高分子功能材料以及癌症靶向治疗药物等方向的科研工作，尤其在纳米纤维毡原位施药新剂型、血液代用品聚合物-血红蛋白胶束和胶囊以及智能型抗癌高分子药物等，显示了很好的独创性和应用潜力。课题组在Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Biomaterials,Journal of Controlled Release, AdvancedHealthcare Materials, ACS Macro Letters, Chemical Communications等期刊上发表工作200余篇,申请及授权专利30余项。

黄宇彬　研究员
博士生导师，高分子化学
1号楼309室
电话：0431-85262769
传真：0431-85262769
Email：ybhuang@ciac.jl.cn
教育和工作经历
　　2006-至今, 中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室（长春），研究员
　　2005-2006, 日本早稻田大学理工学研究中心，副教授
　　2002-2005, 日本庆应大学医学部，客座讲师
　　2001-2005, 日本早稻田大学理工学研究中心，讲师
　　2000, 日本早稻田大学，JST特别研究员
　　1999, 中国科学院长春应用化学研究所，高分子化学博士学位
　　1993, 吉林大学化学系，高分子化学学士学位
学术兼职
　　2010-2011, 中国组织工程研究与临床康复, 执行编委
主要荣誉
　　2008,  中国科学院“百人计划”
研究资助
　　国家自然科学基金委员会面上项目、重点项目、创新群体项目
　　中华人民共和国科技部“973”计划、“863”计划
　　吉林省科技厅科技引导计划
　　中国科学院长春应用化学研究所“三期创新”工程项目
研究兴趣
　　生物可降解材料的改性、蛋白质修饰改性、人造红血球、血液清洁材料、止血材料、生物粘合剂、蛋白质高分子水凝胶以及肿瘤靶向高分子药物等
研究领域和现状
　　生物医用高分子是集高分子科学、药学、生物学以及临床治疗等于一身的多学科交叉领域，它对新材料、新方法、新原理、新功能的基础与应用研究都提出了全新的挑战，同时也造就了巨大的发展机遇。生物可降解高分子是生物医用材料的重要组成部分，得益于其优异的生物降解性和生物相容性。除了外用的包装材料以及医疗器械，由于它在植入后不需经二次手术取出，在体内不滞留积累，因此也在手术缝合线、骨固定材料、组织工程以及药物控制释放系统等领域得到了越来越广泛的应用。目前的生物可降解高分子材料以聚酯类为代表，大多不具备功能性，更多的是被用于传统医用材料替代品或载体材料。随着生命科学和人体组织工程学的发展，迫切需要改善传统生物降解高分子材料的基本性能，并对其进行功能化修饰，使之具有诸如光、电、化学、磁、机械、生物、以及智能等功能性效应，扩大应用范围，促进生物可降解高分子材料产业化的结构调整，尽快满足国家和社会的需求，打破国际垄断和封锁，填补国内研究和生产的空白。
　　对于生物医用高分子材料而言，最常用的功能化手段就是在生物可降解高分子材料上连接功能性物质（小分子、多肽、蛋白质等），使之兼备生物降解性、生物相容性和功能性。例如我们一直以来研究开发的靶向高分子键合药物，就是将靶向识别基团和抗癌药物分子与生物降解高分子结合，通过纳米自组装技术，使高分子、药物、靶向物质统合为一个完整的高分子药物体系，发挥其药物控制释放、亲水性改善、靶向识别与富集等综合性的功能效果。
主要代表性论文
　　在Biomaterials, Bioconjugate Chemistry, Journal of Biomedical Materials Research, Artificial Blood等重要学术刊物上发表论文40余篇，获权和申请中国发明专利20余件。参与撰写专著2章。
　　1. Guo J, Wei Y, Zhou D, Cai P, Jing X, Chen X, Huang Y*, Chemosynthesis of Poly (ε-lysine)-analogous Polymers by Microwave-assisted Click Polymerization, Biomacromolecules, 2011, 12(3):737-46
　　2. Li T, Jing X, Huang Y*, Polymer/Hemoglobin assemblies: Biodegradable Oxygen Carriers for Artificial Red Blood Cells (Feature article), Macromolecular Bioscience, 2011, DOI: 10.1002/mabi.201000469
　　3. Hu Wang, Chun-Yan Zhong, Jiang-Feng Wu, Yu-Bin Huang*, Chang-Bai Liu*. Enhancement of TAT cell membrane penetration efficiency by dimethyl sulphoxide. Journal of Controlled Release. 2010, 143(1), 64-70.
　　4. Mao Z, Guo J, Bai S, Nguyan TL, Xia H, Huang Y*, Mulvaney P, Wang D*, Hydrogen-bond-selective phase transfer of nanoparticles across liquid/gel interfaces, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 4953-4956.
　　5. Shi Q, Huang Y, Chen X, Wu M, Sun J, Jing X, Hemoglobin conjugated micelles based on triblock biodegradable polymers as artificial oxygen carriers, Biomaterials, 2009, 30，5077-5085.
成果评述
　　1）成功地开发了世界上第一种全合成型红血球替代物—聚乙二醇修饰的血清白蛋白-血红素衍生物复合体。众所周知，输血作为一种生命救治和人体机能维持的重要手段，已经广泛应用于临床实践当中。然而传统的输血措施存在着较大弊端，诸如血型匹配昂贵耗时，医院库存的新鲜血液通常只能在4oC下保存3个星期，献血者日趋减少，血库存血严重短缺，通过输血和其他血液制品造成的病毒传染，如艾滋病毒，肝炎病毒等，已经对血液工业的信赖度形成了严重的冲击。我们针对国际上第一、二代血液代用品研究中出现的肾脏损害、血压升高、代谢异常、成本昂贵等突出问题，创新性的提出了血红素（血红蛋白中的载氧分子，也称卟啉铁）衍生物复合蛋白质纳米颗粒的思想，通过大量的摸索和实践，成功地开发了世界上第一种也是目前为止唯一的一种纯粹意义上的全合成型红血球替代物—聚乙二醇修饰的血清白蛋白-血红素衍生物复合体。这种物质在生理条件下可以同氧气分子发生可逆的结合解离作用，其氧气传输能力和人体内的血红蛋白不相上下；适用于任何血型，无菌无毒，在常温下保存2年以上不发生性能变化，适合大规模生产和贮存；也不存在基因变异的危险。
　　2）利用血红蛋白与可降解两亲性高分子结合，首次获得了模拟红血球氧气传输功能的聚合物-血红蛋白胶束和胶囊，拓宽了功能化自组装体系的应用范围。从有关乳酸类聚合物智能材料工作的基础上引申出来，首次提出了采用适合于键合血红蛋白的乳酸类聚合物材料，通过纳米组装的办法，利用双亲高分子的胶束或胶囊作为血红蛋白的载体，构筑红血球模拟物的新思路。利用这种方法，血红蛋白分子的含量可以达到胶束或胶囊自重的3倍以上，它们化学结合在载体材料上，避免可能发生的离解和渗透；疏水嵌段紧邻血红蛋白，可以保持血红素的局部化学和生理环境不变，从而保留它在原始红血球中的氧气结合和释放功能；胶束或胶囊外层的聚氧乙烯壳层，可以保护血红蛋白免受人体免疫系统的攻击，延长血红蛋白胶束（胶囊）的循环时间；得到了国家科技部“973”计划以及国家自然科学基金委的大力支持。
　　3）通过智能化修饰，分别实现了生物可降解双亲性高分子的油水界面传递和细胞跨膜传输。存在于体液与细胞层之间的多种形式的界面是生物体内重要的防御体系，它们在外来物质与组织器官之间形成了有效的生物屏障。然而，这种防御机制也为人们研究靶向药物以及体内成像带来了不小的障碍。因此，获得具有穿越生物屏障并转运物质的功能的载具就成为当前生物制药领域研究的重点之一。这项研究为开发经皮吸收药物体系提供了重要的理论支持，不但有助于人们进一步了解有关分子穿越界面的机理及控制因素，同时也为开发新型药物以及投药方式提供了重要的理论和实验依据。
研究组人员概况
助理研究员2名
　　王明哲，李晓媛
在读研究生11人，其中博士生8人，硕士生3人
　　李太行，魏英，吴苏红，刘大兴，何红艳，王亮燕，陈高，周东方，邝慧慧，李彬，吴延娟
学生获奖　  
　　郭金山，PC2010优秀墙报奖
部分毕业研究生去向
　　1. 郭金山，2010/博士，The University of Texas at Arlington，博士后

科研项目
  1. 一步法聚乳酸纺丝工艺与技术，科技部国家高技术研究发展计划863专题项目；
  2.   肿瘤细胞特异性靶向高分子纳米胶束的合成与穿膜效应，国家自然科学基金委面上项目；
  3.   智能性可生物降解高分子材料的制备与医学应用探索，国家自然科学基金委重点项目；
  4. 键合血红蛋白的可降解纳米胶束，国家自然科学基金委面上项目；
  5. 红血球替代物—聚合物/血红蛋白胶束（胶囊），973纳米专项；
  6. 高性能聚乳酸材料的合成与应用研究，院知识创新工程重要方向、百人计划项目；
  7. 吉林省生物活性功能化材料科技创新中心建设，省科技厅科技基础平台建设 重点项目。

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富含硼及铂高分子的设计及在肿瘤治疗中的应用

报告摘要：硼化合物和铂化合物被分别广泛用于临床肿瘤的硼俘获中子治疗及化疗。但小分子硼化合物和铂化合物的疏水性较强，且缺乏肿瘤部位选择性，极大地限制了其在临床上的效用。纳米药物尤其是高分子纳米药物，能够延长药物血液循环时间，药物的毒副作用和免疫原性，通过“EPR效应”在肿瘤部位被动靶向蓄积药物并在肿瘤部位控制释放药物，最终提高药物效果。围绕硼化合物和铂化合物的结构特点和物化性质，报告人将在此讲述一系列富含硼、铂的高分子材料及其在肿瘤治疗中的应用。这类富含硼、铂的高分子自身可做为高分子前药，实现硼俘获中子治疗及化疗；此外，还可自组装成可控释放的高分子纳米载体传输体系并可进一步包含其它化疗药物、光敏剂、基因等用于癌症的增强联合治疗。

报告人简介：黄宇彬，中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室研究员。1999年毕业于中科院长春应化所，获博士学位；2000年起在日本早稻田大学历任讲师、副教授。2006年起任中科院长春应化所研究员，博士生导师，2008年入选中国科学院“百人计划”。作为负责人主持科技部、基金委、中国科学院等各类项目19项。现为《中国组织工程研究与临床康复》以及《中国生物制品学杂志》编委，中国血液代用品协会理事。长期开展了人造红血球、聚合物-天然高分子功能材料以及癌症靶向治疗药物等方向的科研工作，尤其在纳米纤维毡原位施药新剂型、血液代用品聚合物-血红蛋白胶束和胶囊以及智能型抗癌高分子药物等，显示了很好的独创性和应用潜力。课题组在Advanced Materials, Angewandte Chemie International Edition, Biomaterials,Journal of Controlled Release, AdvancedHealthcare Materials, ACS Macro Letters, Chemical Communications等期刊上发表工作200余篇,申请及授权专利30余项。

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Ion-assisted fabrication of neutral protein crosslinked sodium alginate nanogels
Xing Wei, Hejian Xiong, Dongfang Zhou*, Xiabin Jing, Yubin Huang*
CARBOHYD POLYM, 186, 45-53, 2018


研究进展：蛋白质交联纳米凝胶不仅具有纳米凝胶可伸缩性、生物相容性和环境响应性等特点，同时具有蛋白质特有的生物活性；因此，在生物医用多功能纳米载体方面具有很大的发展空间。但是，蛋白质易变性，低反应基团密度，尤其中性蛋白质的低电荷密度限制蛋白质交联纳米凝胶的制备。离子交联技术由于其简单、温和的条件受到了人们的广泛关注。因此，利用离子交联辅助法制备中性蛋白交联纳米凝胶，有望保持血红蛋白结构和功能的完整性，极大的丰富了蛋白交联纳米凝胶的方法。

主要内容：我们首先制备了一批不同氧化度的氧化海藻酸钠（OSA）；在温和的搅拌条件下，向其水溶液中滴加Ca2+，能够形成粒径均匀的氧化海藻酸钠纳米凝胶（OSANGs）。中性蛋白血红蛋白（Hb）能够包裹到OSANGs中，培养一段时间之后蛋白质的氨基和OSA的醛基在还原剂作用下形成稳定的化学键；除去Ca2+，从而制备出血红蛋白交联的纳米凝胶（HbNGs）。HbNGs表现了很好的稳定性同时也保持了Hb的结构和功能完整性。细胞和动物实验证明了HbNGs具有良好的生物相容性。此外，这种离子辅助的方法也适用于制备其它中性蛋白交联的纳米凝胶。
主要科技创新与学术贡献：通过改变OSA的氧化度实现了简单、温和条件下制备粒径均匀的OSANGs。提出了一种温和的离子辅助法应用于制备中性蛋白质交联的纳米凝胶。不仅保持了蛋白质结构和功能的完整性，而且表现力良好的生物相容性。
国内外影响：本文利用离子辅助法成功制备了中性蛋白交联的海藻酸钠纳米凝胶，保持了蛋白结构和功能的完整性，并且表现了良好的生物形容性。该方法条件温和，操作简单，为多功能蛋白纳米凝胶制备提供了新的思路。
Carbohydrate Polymers 186 (2018) 45

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A versatile method to prepare protein nanoclusters for drug delivery
Yupeng Wang, Lesan Yan, Shasha He, Dongfang Zhou*, Yanxiang Cheng, Xuesi Chen, Xiabin Jing, Yubin Huang*
MACROMOL BIOSCI, 18(2), 2018


研究进展：基于蛋白质的纳米载体由于其良好的生物相容性被广泛的应用于生物医用领域。但是目前比较成熟蛋白质纳米载体制备方法操作都比较复杂，并且在制备过程中由于反应条件的影响造成蛋白质的变性或者失活，影响蛋白质的功能性。因此，设计一种简单、安全的蛋白质纳米粒具有重要的研究意义。蛋白质在水溶液中拥有等电点自聚集的特殊性质，并常被用于蛋白质的分离与纯化。利用蛋白质这一天然特性，可以开发出简单、安全的蛋白质纳米粒的制备方法，对于拓展蛋白质纳米载体在生物医用领域的应用具有重大意义。

研究内容：我们首次利用蛋白质在等电点溶液条件下自聚集的天然性质，开发出了一种简单、安全的等电点自聚集法来制备蛋白质纳米粒，并应用于小分子化疗药物的担载。首先我们选择了人体内最丰富的功能蛋白质-血红蛋白作为模型并测定其等电点，并通过调节反应条件，在等电点溶液中制备出均匀粒径的蛋白质纳米粒。同时利用修饰后的天然多糖对蛋白质纳米粒进行交联，使其具有杰出的稳定性和自发荧光的特点。整个制备过程均在水相中进行，制备条件温和，使蛋白质完全保留其结构的完整性与功能活性。我们进一步利用制备的蛋白质纳米粒来担载小分子化疗药物，并且利用纳米粒交联键在酸性条件下解离的特性，实现了小分子药物的可控释放。同时，我们又将制备方法应用于另外两种具有不同分子量、不同等电点的蛋白质，制备出具有均匀粒径和酸性响应性的蛋白质纳米粒，证明了等电点自聚集法对于不同蛋白质的通用性。
主要科技创新与学术贡献：设计了一种新颖的蛋白质纳米粒的制备方法，拥有纯天然原料、全水相反应条件、反应效率高、制备纳米粒结构稳定的优势。并且利用制备的蛋白纳米粒担载小分子化疗药物，既能在生理条件下的避免小分子药物的泄露，又能够将化疗药物在肿瘤细胞中响应性释放，保证了治疗的安全性和有效性。同时，制备的蛋白纳米粒拥有自发荧光的性质，为载体在细胞中的成像提供便利。
国内外影响：本文利用蛋白质等电点的特性设计了等电点自聚集法制备蛋白质纳米粒，用于小分子化疗药物的担载，实现对化疗药物的有效输送。该制备方法简单、安全，保证了蛋白质的功能活性，并且能够制备出具有pH响应性和自发荧光性质的蛋白纳米粒，对制备多功能性的蛋白质纳米粒具有一定的指导意义。

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2019自然科学基金面上项目-血红蛋白基纳米药物的肿瘤相关巨噬细胞靶向免疫治疗研究
批准号        21975246       
学科分类        药物传输与缓释 ( B050203 )
项目负责人        黄宇彬       
依托单位        中国科学院长春应用化学研究所
资助金额        66.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日