南开大学化学学院郭东升

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郭东升，博士，南开大学化学学院教授、博导。2001年获南开大学学士学位，2006年获南开大学博士学位，导师刘育教授。2006年留校任教，历任讲师、副教授、教授。主要从事生物医药功能导向的杯芳烃超分子化学研究工作。在设计合成新型水溶性杯芳烃衍生物的基础上，着重考察其分子识别与组装等基础理化性质，进而将其应用到生物医药领域，包括生物传感、调节蛋白结构/活性、跨膜转运和超分子光诊疗等，从而为肿瘤和阿尔兹海默症等系列重大疾病的诊断和治疗提供新的解决思路。目前已在Nature Chem.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Sci.等刊物上发表论文90余篇，累计引用3500余次。在国内、外学术交流会议上做学术报告20余次。2013年获国家优秀青年科学基金资助，入选南开大学百名青年学科带头人培养计划；2014年入选天津市青年拔尖人才支持计划，天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才；2018年入选天津市创新人才推进计划中青年科技创新领军人才；2015年获天津市自然科学一等奖(第二完成人)。目前担任《中国化学快报》青年编委，Frontiers in Chemistry》编委。

郭东升

姓　　名        郭东升        
性　　别        男
出生年月        1979-12        
籍　　贯        河北唐山丰润区
学　　历        博士        
毕业院校        南开大学
职　　称        教授        
管理职务        系副主任
系所单位        化学系
特殊人才称号        国家优秀青年基金获得者
通讯地址        天津市卫津路94号南开大学化学楼南楼510室
电 话        23498949
电子邮件        dshguo@nankai.edu.cn
研究领域        超分子化学；分子识别与组装；杯芳烃；生物传感；纳米医学；疾病诊断和治疗


教育及科研经历        
1997年9月－2001年7月， 南开大学化学系， 理学学士学位
2001年9月－2006年7月， 南开大学化学学院，理学博士学位
2006年7月－2008年12月，南开大学化学学院，讲 师
2009年1月－2013年12月， 南开大学化学学院，副教授
2013年12月－至今， 南开大学化学学院，教授
荣誉和奖励        
2015年获天津市自然科学一等奖（第二完成人）
2014年入选天津市青年拔尖人才支持计划
2014年入选首批天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才
2014年获南开大学第六届“良师益友”提名奖
2013年入选“南开大学百名青年学科带头人培养计划”
2013年获国家自然科学基金委优秀青年科学基金资助
科研成果与代表作        
课题组主要从事生物医药功能导向的杯芳烃超分子化学的研究工作，目前已在Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等刊物上发表论文80余篇，累计引用3000余次，h指数34。申请国家发明专利13件，授权9件。在国内、外学术交流会议上做学术报告20余次。
人才培养        
目前已培养硕士4名。课题组现有博士生6名，硕士生4名。

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郭东升教授和生命科学学院丁丹教授合作新成果：“生物标志物置换激活”超分子策略应用于肿瘤靶向光诊疗

光动力治疗以其创伤小、操作简单等优点正在成为肿瘤治疗的重要手段之一。然而传统光敏剂缺乏肿瘤靶向性，对正常组织具有光毒性，使其在临床应用中受到极大限制。如何改良现有商业化光敏剂，降低其光毒性并提高治疗效果，是一个极具挑战性的难题。近年来，可激活的光敏剂用于光动力治疗备受科研人员的关注。近日，南开大学化学学院郭东升教授课题组联合生命科学学院丁丹教授课题组在该研究领域取得了新突破（J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331）。

前言科研成果            
                 “生物标志物置换激活”超分子策略应用于肿瘤靶向光诊疗
       南开大学郭东升课题组在基于杯芳烃的超分子诊疗学方面做了一系列开创性的工作。2016年，他们首次提出利用大环两亲组装体构筑人工光捕获体系的策略，开发了光谱可调谐发光纳米材料（Adv. Mater., 2016, 28, 7666-7671; Chem. Commun., 2017, 53, 392-395; Mater. Chem. Front., 2017,1, 1847–1852），在生物成像方面拥有重要的应用前景。2017年，他们利用两亲杯芳烃激活细胞穿膜肽跨膜运输，并构建了一种免标记的荧光检测激酶方法（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 15742-15745），对于杯芳烃组装体界面识别和药物递送具有指导意义和借鉴价值。2018年，随着研究工作向超分子诊疗学的深入，他们借助指示剂置换检测方法构建了一个基于胍基杯芳烃的超分子传感体系，实现了对肿瘤标志物溶血磷脂酸的超灵敏和特异性检测（Chem. Sci., 2018, 9, 2087-2091）。在上述前期工作基础上，研究团队发现杯芳烃可以根据实际需要对染料的光物理性质进行调控，同时能够对于肿瘤标志物进行特异性响应，更为重要的是两亲杯芳烃可以方便地自组装形成纳米药物载体。这促使他们思考如何将杯芳烃作为纳米药物的智能模块，实现肿瘤选择性成像和靶向治疗。
      研究团队选择从光动力治疗入手，“非共价”改良现有商业化光敏剂，降低其光毒性并提升靶向治疗效果，并达到诊疗一体化的目的。为了解决上述关键科学问题，他们提出了“生物标志物置换激活”（Biomarker Displacement Activation, BDA）的新策略，并通过与南开大学生命科学院丁丹教授课题组合作成功将该策略应用于活体肿瘤成像和治疗。从已经成熟的商业化光敏剂出发，采用超分子主体与光敏剂结合，通过主客体相互作用，构筑纳米超分子药物。当光敏剂被包结在主体空腔内时，其荧光成像能力和光活性被完全淬灭，因此光敏剂在药物递送过程中处于一种“静默”状态。当纳米药物被运送到肿瘤组织区域时，过表达的生物标志物会与主体结合，光敏剂被置换出空腔，重新激活其原有光物理性质，从而实现肿瘤选择性成像和靶向治疗（图1）。相对于共价修饰改良光敏剂的方法，BDA策略具有如下优点：（1）直接使用商业化光敏剂，避免繁琐的合成与分离；（2）光敏剂被“无痕”释放，其光物理性质保持高保真度；（3）杯芳烃两亲组装体作为载药平台具有通用性，可根据实际需要灵活选择多种光敏剂与之适配。

生物标志物置换激活

图1 “生物标志物置换激活”策略示意图
（来源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331）

为了验证BDA概念的可行性，作者设计了胍基修饰的两亲杯芳烃并构筑了纳米药物载体，选择四种代表性的商用光敏剂为模型药物，肿瘤标志物锁定为三磷酸腺苷（ATP）（图2a）。当光敏剂被杯芳烃纳米载体负载后，其荧光和光活性被完全淬灭。当ATP浓度为肿瘤浓度时，光敏剂被竞争出来，荧光和光活性几乎完全恢复；而正常组织的ATP浓度并不能造成光敏剂的泄漏（图2 b,c）。

基于BDA的纳米药物实现示意图

图2 (a)基于BDA的纳米药物实现示意图；(b)(c)分别为光敏剂的荧光和单线态氧响应情况。（来源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331）

       进而，作者将基于BDA策略的纳米药物拓展到活体抗肿瘤。他们将负载光敏剂（AlPcS4）的纳米药物通过尾静脉给药的方式注射入裸鼠体内，然后进行实时荧光成像。如图3所示，纳米药物能够在肿瘤部位靶向释放光敏剂，达到了对肿瘤选择性成像的目的。

基于BDA的纳米药物活体肿瘤靶向成像效果

图3 基于BDA的纳米药物活体肿瘤靶向成像效果
(来源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331)

随后，作者根据活体成像结果，选择最佳治疗时间点进行光动力治疗，结果表明相对于单独的商用光敏剂，这种可激活的智能纳米药物具有准确的靶向性和优越的抗肿瘤效果（图3）。

基于BDA的纳米药物活体光动力治疗的效果

图4 基于BDA的纳米药物活体光动力治疗的效果
(来源：J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02331)

       总之，作者基于主客体化学理念提出了新颖的BDA策略，实现了肿瘤选择性成像和靶向治疗。通过精心设计杯芳烃主体结构，借助其优良的识别和组装性质，构筑了诊疗一体化的纳米药物，并成功应用于活体抗肿瘤中。这一开创性工作为实现精准医疗提供了新方法，发展了新材料。
       这一研究成果近期发表在Journal of the American Chemical Society（DOI: 10.1021/jacs.8b02331）上，该论文作者为：Jie Gao, Jun Li（共同一作）, Wen-Chao Geng, Fang-Yuan Chen, Xingchen Duan, Zhe Zheng, Dan Ding, and Dong-Sheng Guo.
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b02331

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南开化院的超分子大牛郭东升教授：与杯芳烃的“爱情长跑”

小编：老师您好！我们了解到您主要从事关于超分子方面的研究，可以向我们介绍一下超分子研究方向的主要内容吗？


郭老师：超分子化学主要关注分子间的非共价相互作用，如氢键、Pi堆积、静电和疏水作用等。我们曾在中学化学中学到，物质分子结构即化学键结构相同时物质性质相同，而实际中未必如此。以蛋白加热失活为例，整个过程中蛋白质分子化学键结构并没改变，但性质、功能变了，是因为由氢键、范德华力、静电等决定的二、三、四级结构改变了。上世纪60年代，第一个人工合成大环受体分子冠醚成功制备，人们发现这种环状分子有很好的识别性质，从而孕育了超分子化学学科的诞生。1987年诺贝尔化学奖授予C.J Pedersen 、J.M Lehn 、D.J Cram 三位化学家，以表彰他们在超分子化学方面的开创性工作，这也是诺贝尔奖首次颁给超分子化学的研究者。2016年分子机器获诺贝尔奖，这是和超分子化学的发展积累分不开的。经过几十年的发展，超分子化学已经成功渗透到多个学科，包括生命科学、材料科学和环境科学等。


小编：老师目前具体在从事哪一方向的研究呢？


郭老师：我们课题组目前主要从事超分子功能化方面的研究。超分子的功能出口可分为化学、材料和生物功能。化学功能即创造新的物质，可以体现超分子的催化特性。材料功能即利用超分子自组装构造具有特殊性能的分子器件和纳米材料。再说生物功能，生物体是最复杂的超分子体系，超分子化学可以说是起源于生物。许多重要的生命过程，如DNA的自复制、酶与底物的结合、细胞膜的形成等，都与超分子有着密不可分的联系，超分子化学的出现为化学到生物的过渡构筑了坚实的桥梁。因此，我个人对生物功能比较感兴趣。我们课题组主要以生物医药功能为导向，即基于杯芳烃的超分子诊疗学。杯芳烃是第三代超分子主体。我从开始读博士就从事杯芳烃超分子化学的研究，到现在十几年，不离不弃，杯芳烃可以说是我在科研上的“爱人”。目前，我们想以杯芳烃为工具，根据它的特点构造可应用于瞄准诊断和精确治疗的超分子体系，为精确医疗提供新的思路。


小编：当前研究的进展如何呢？


郭老师：我们目前主要研究有关肿瘤和阿尔兹海默症的诊断和治疗。我们在对血液样本进行采集、简单处理并与正常血液样本及肿瘤血液样本进行比对后，找到其中的差异并用荧光紫外等方法将之转变为物理信号，最后用光谱即可将诊断结果直观地表现出来，从而达到肿瘤诊断的目的。我们研究的卵巢癌检测已经成功用血清和小鼠进行了试验，并且申请了专利。我们计划下一步通过医院收集各类肿瘤的人体血液样本，希望可以通过信号的差异区分出不同的肿瘤。


为了实现肿瘤的精准治疗，往往需要药物载体。我们希望杯芳烃可以作为一类新型的载体应用于药物靶向传输。大量研究表明，肿瘤细胞ATP浓度较正常组织可高出1万倍，因此我们可以让药物与杯芳烃载体结合，并经过控制使得药物可以通过ATP触发释放，即可让药物分子主要集中在肿瘤细胞附近，实现给药的靶向性，降低治疗对正常组织的危害。目前我们已成功用小鼠进行了试验。


再说说阿尔兹海默症。随着人类寿命的延长，阿尔兹海默症的患病率也在逐年上升。脑脊液中β淀粉样蛋白纤维化是阿尔兹海默症的主要病因，其治疗方法有抑制相关酶活性和抑制纤维化等。酶分子中肽的折叠依赖氢键和疏水键等作用力，β淀粉样蛋白的聚集和纤维化也与分子间作用力有关，这样就回到了超分子的研究范围。通过破坏分子间原有的相互作用并建立起新的相互作用，可以让蛋白分子不再聚集并纤维化，从而达到预防的作用。对于已经患病的群体，我们则应考虑病症的治疗，即如何解开已经纤维化的聚集体。我们目前已经找到了解开聚集体的方法，且应用此方法后细胞的存活率显著增加。下一步我们计划进行动物实验，进一步验证我们的设想。


小编：对于硕士生，博士生来说做研究的基本思路和方法手段是什么呢？需要具备哪些特质或者说技能？


郭老师：我们这个方向是好几个学科的交叉。不但需要懂有机合成，还需要物理化学知识，会做理化性质的检测，还要掌握一些生物知识，能做基本的生物实验。合成是为了实现理化性质，理化性质是为生物功能服务的。

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报告题目：杯芳烃超分子生物医用材料
报告人：郭东升 教授
报告时间：2018年10月18日 （周四），下午15:00
报告地点：青岛科技大学第一实验楼302会议室
专家介绍:
郭东升博士，南开大学化学学院教授、博导。2001年获南开大学学士学位，2006年获南开大学博士学位，导师刘育教授。2006年留校任教，历任讲师、副教授、教授。主要从事生物医药功能导向的杯芳烃超分子化学研究工作。在设计合成新型水溶性杯芳烃衍生物的基础上，着重考察其分子识别与组装等基础理化性质，进而将其应用到生物医药领域，包括生物传感、调节蛋白结构/活性、跨膜转运和超分子光诊疗等，从而为肿瘤和阿尔兹海默症等系列重大疾病的诊断和治疗提供新的解决思路。目前已在Nature Chem.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Sci.等刊物上发表论文90余篇，累计引用3500余次。在国内、外学术交流会议上做学术报告20余次。2013年获国家优秀青年科学基金资助，入选南开大学百名青年学科带头人培养计划；2014年入选天津市青年拔尖人才支持计划，天津市创新人才推进计划青年科技优秀人才；2018年入选天津市创新人才推进计划中青年科技创新领军人才；2015年获天津市自然科学一等奖(第二完成人)。目前担任《中国化学快报》青年编委，Frontiers in Chemistry》编委。

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报告人简介：
郭东升博士，南开大学化学学院教授、博导，化学学院副院长。
地点：厦门大学
2001年获南开大学学士学位，2006年获南开大学博士学位，导师刘育教授。2006年留校任教，历任讲师、副教授、教授。2014年成立课题组，主要杯芳烃超分子化学及生物医药应用的研究工作。目前已在Nat. Chem.、Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Sci.等刊物上发表论文100余篇，累计他引3900余次。在国内、外学术交流会议上做学术报告40余次。2013年获国家优秀青年科学基金资助；2014年入选天津市青年拔尖人才支持计划；2018年先后入选天津市、科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才；2019年入选第四批国家“万人计划”科技创新领军人才。2015年获天津市自然科学一等奖(第二完成人)。目前担任《中国化学快报》青年编委，《Frontiers in Chemistry》编委，全国光功能材料青年学者研讨会学术委员会委员。


报告摘要：生物医用超分子材料
On demand of precision medicine, developing novel biomedical materials is highly appealing. Until now, a lot of nanomaterials, including lipids, polymers, carbon, silica oxides, metal oxides and semiconductor nanocrystals, have been used to formulate nanomedicine that can facilitate better understanding, diagnosis, and treatment of pathological diseases. Supramolecular chemistry has broad potential application for biology and medicine in virtue of molecular recognition and self-assembly. As a result, exploring supramolecular biomedical materials would open an avenue towards precision medicine. Calixarene represents the third generation of supramolecular hosts after crown ether and cyclodextrin. As one family of classical artificial macrocyclic receptors, calixarene shows advantages of facile modification, pre-organized framework and unique binding property. For a few years, we have focused our research interest on biomedical applications by molecular recognition and self-assembly of water-soluble and amphiphilic calixarenes, including biomembrane transport, fluorescent sensing for biomarkers, supramolecular phototheranostics, and inhibiting amyloid fibrillation. In this presentation, I wish to talk about our recent progress on supramolecular biomedical materials based on calixarenes. To be envisaged, calixarene is emerging as one kind of new supramolecular materials for precision medicine with a specialized host-guest recognition site.