华东理工大学材料学院刘润辉

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刘润辉，男，教授、博导。1979年1月出生，2001年6月和2004年3月先后在华东理工大学原化学与制药学院获得学士、硕士学位，2009年8月在美国普渡大学(Purdue University)化学系获得博士学位；2009年至2015年先后在美国加州理工学院和威斯康辛大学-麦迪逊进行博士后研究工作，2014年12月至今任华东理工大学材料科学与工程学院教授。主要研究方向为药用、医用高分子生物材料。在J. Am. Chem. Soc.上发表研究论文多篇。曾获得华东理工大学特聘教授、“东方学者”上海市高校特聘教授、中组部“青年##”人才计划支持。

刘润辉    教授、博导。研究方向：高分子生物材料
国家第十一批“##计划”青年人才、上海市“东方学者”特聘教授
Email： rliu@ecust.edu.cn      Tel: 021-64253402
办公室：材料博物馆楼101     邮政地址：上海市梅陇路130号546信箱
招生专业：材料科学与工程
本课题组招收博士、硕士研究生和博士后
课题组开展交叉领域研究，欢迎对以下某个方向有兴趣的同学加入我们课题组：有机合成、高分子合成、生物、微生物。

教育及研究经历：
1997-2004   中国   华东理工大学   学士、硕士
2004-2009   美国   普渡大学(Purdue University)   博士
2009-2010   美国   加州理工学院(California Institute of Technology)   博士后
2010-2014   美国   威斯康星大学麦迪逊校区(University of Wisconsin-Madison)   博士后
2014/12       上海市“东方学者”特聘教授、华东理工大学特聘教授

主要研究方向:
模拟天然蛋白功能的合成高分子生物材料，包括：
1. 功能化聚合物单体的合成；多功能高分子材料的制备及合成方法研究
2. 生物相容、生物可降解高分子材料的研究与开发
3. 抗细菌、抗真菌生物材料的研制与作用机理研究
4. 具有细胞黏附、细胞选择功能的生物材料研究及在组织修复中的应用
5. 抗非特异性蛋白吸附及微生物生物膜形成的防污材料研究及在生物医学工程领域的应用
6. 蛋白类及小分子药物的体内传输和可控释放研究

代表性研究论文：
Liu, R.; Chen, X.; Falk, S.; Masters, K. S.; Weisblum, B.; Gellman, S. H. “Nylon-3 Polymers Active Against Drug-Resistant Candida albicans Biofilms”, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137：2183-2186.
Liu, R.; Chen, X.; Falk, S.; Mowery, B.; Karlsson, A.; Weisblum, B.; Palecek, S.; Masters, K. S.; Gellman, S. H. “Structure–Activity Relationships among Antifungal Nylon-3 Polymers:  Identification of Materials Active Against Drug-Resistant Strains of Candida albicans”, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136: 4333–4342.
(Highlighted by SciBX，a publication about translational science that was produce with Nature Publishing Group)
Liu, R.; Chen, X.; Chakraborty, S.; Lemke, J.; Hayouka, Z.; Chow, C.; Welch, R.; Weisblum, B.; Gellman, S. H.; Masters, K. S. “Tuning the Biological Activity Profile of Antibacterial Polymers via Subunit Substitution Pattern”, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136: 4410-4418.
Liu, R.#; Suárez, J. M.#; Weisblum, B.; Gellman, S. H.; and McBride, S. M. “Polymers Active Against Clostridium difficile Vegetative Cell Growth and Spore Outgrowth.” J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14498-14504. (# 等同贡献)
Chakraborty, S.#; Liu, R.#; Hayouka, Z.; Chen, X.; Ehrhardt, J.; Lu, Q.; Burke, E.; Yang, Y.; Weisblum, B.; Wong, G. C. L.; Masters, K. S; and Gellman, S. H. “Ternary nylon-3 copolymers as host-defense peptide mimics: beyond hydrophobic and cationic subunits.” J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14530-14535. (#等同贡献)
Liu, R.; Chen, X.; Gellman, S. H.; Masters, K. S. “Nylon-3 Polymers that Enable Selective Culture of Endothelial Cells”,  J. Am. Chem. Soc. 2013, 135: 16296-16299.
Liu, R.; Chen, X.; Hayouka, Z.; Chakraborty, S.; Falk, S. P.; Weisblum, B.; Masters, K. S.; Gellman, S. H. “Nylon-3 Polymers with Selective Antifungal Activity.” J Am Chem Soc. 2013, 135, 5270-5273.
(Featured in JACS Spotlights, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135: 5933−5933)
Hayouka, Z.; Chakraborty, S.; Liu, R.; Boersma, M. D.; Weisblum, B.; Gellman, S. H. “Interplay among Subunit Identity, Subunit Proportion, Chain Length, and Stereochemistry in the Activity Profile of Sequence-Random Peptide Mixtures.”     J. Am. Chem. Soc. 2013, 135: 11748-11751.

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华东理工大学刘润辉教授课题组：模拟宿主防御肽的β多肽聚合物构筑高效抗菌表面

为了克服传统抗生素容易导致微生物产生耐药性的固有缺点，科研人员近些年密切关注和研究存在于生物体内的天然宿主防御肽（Host Defense Peptide， HDP）及其模拟物，并取得了初步成果。刘润辉教授等人近年来通过β多肽聚合物模拟HDP，发现了具有高效和广谱活性的抗菌多肽聚合物，且未发现细菌对这类聚合物产生耐药性（Acta. Polym. Sin. 2016, 1300-1311特约专论）。这些前期成果都是基于在溶液体系中的多肽聚合物抗菌研究，且对代表性的β多肽聚合物抗菌机理研究揭示了聚合物自由跨越E. coli (大肠杆菌) 细胞外膜并首先破坏细胞内膜的机理。本成果中，科研人员致力于研究和实现这类聚合物修饰表面的抗菌功能，因此接枝到基材表面的聚合物被束缚且无法实现溶液中自由状态下的跨膜行为。这类β抗菌多肽聚合物接枝到表面后未知是否仍然具有抗菌功能，且可能的抗菌机理必定与溶液体系不同。

本成果的核心贡献在于证明β多肽聚合物作为潜在多功能生物材料可同时具有抗菌和促细胞生长功能，具体贡献体现在以下三个方面：

• 1）证明了β抗菌多肽聚合物接枝到表面后仍然可以具有高效抗菌功能（包括耐药菌）；
  
  
• 2）揭示了β多肽聚合物修饰表面通过置换/夺取细菌细胞膜上起到稳定细胞膜重要功能的二价Ca2+、Mg2+，获得抗菌功能的机理；
  
  
• 3）发现本文所研究的β多肽聚合物SH-(DM0.5CH0.5)18，在具有高效抗菌功能的同时，未观察到溶血和细胞毒性，且支持哺乳动物细胞在修饰表面的粘附和快速生长。
  
  
  

研究人员合成了端基为巯基的短链β多肽聚合物：SH-(DM0.5CH0.5)18，并在金表面修饰了单分子层的多肽聚合物。，发现该表面对于E. col及MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)都具有高效的杀菌活性（图1）。而作为对照的天然抗菌肽magainin 2(马盖宁)修饰表面只对大肠杆菌有效，对于MRSA活性很差，表明β多肽聚合物修饰表面具有更优异的抗菌性能。通过SEM表征接触表面前后的细菌，发现细菌接触β多肽聚合物修饰表面后细胞膜明显受损，提示了表面作用于细胞膜的机理。

图1. β多肽聚合物表面抗菌性能及细菌与表面作用前后SEM图片。(A，B)分别为多肽聚合物表面对E. coli（大肠杆菌）和MRSA（耐药性金黄色葡萄球菌）的抗菌活性；(C，D)分别为多肽聚合物表面与E. coli和MRSA作用前后的细菌表面形貌。（**p < 0.01 和 *p < 0.05）.

华东理工大学的这一成果近期发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上，文章第一作者为博士研究生钱宇芯，通讯作者为青年##刘润辉教授。该研究得到国家重点研发计划（2016YFC1100401）和自然科学基金（No. 21574038, 21774031）等科研基金的资助。

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b01117

xiangzhi

刘润辉教授受邀于《先进功能材料》发表抗菌材料综述论文

微生物引起的感染问题，伴随着人类的发展，无处不在。微生物和近年来快速出现的耐药微生物所造成的感染，已经成为人类生命健康的严峻挑战。为了解决微生物感染的难题，抗菌材料成为近年来逐渐成长、备受关注和期待的研究领域。科研人员近年来研究和发展了多种抗菌材料，它们展示了较好的抗菌功能和一定的应用前景。

    近日，我校材料学院国家“青年##”刘润辉教授与合作者受邀为材料领域权威期刊Advanced Functional Materials撰写的抗菌材料综述论文“Versatile Antibacterial Materials: An Emerging Arsenal for Combatting Bacterial Pathogens”在线发表。文章结合作者多年来在抗菌研究领域的积累，总结和评述了抗菌材料领域近期的发展和前沿研究进展，并为这一领域的发展提出了一些建议和展望。

    我校刘润辉教授和北京化工大学徐福建教授为该论文的共同通讯作者。相关工作得到了上海市“东方学者”人才计划等科研项目的资助。

    论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201802140

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近日，我校材料科学与工程学院刘润辉教授课题组基于前期蚕丝蛋白启发的抗粘附和抗植入异物反应新材料的研究，总结和评述了目前通过新材料策略来抵制植入异物反应及抗异物反应目前有限的三类材料和应用。该成果以题为“Dealing with the foreign-body response to implanted biomaterials: strategies and applications of new materials” 发表在材料领域权威期刊《先进功能材料》(Adv. Funct. Mater. 10.1002/adfm.202007226)。

       生物材料和医疗装置在植入体内后都会有面临机体异物反应的风险，导致植入体被纤维胶原包裹，造成植入材料的功能丧失并引发各种并发症。异物反应问题造成病人的痛苦和巨大的经济损失，是临床上卡脖子难题和制约植入材料与生物器械发展的瓶颈。因此，发现能够抵制异物反应的新型功能材料并研究其对异物反应的调控机制是生物材料研究领域中的核心科学问题，在新材料基础上拓展各种临床应用具有重大意义。
       今年3月，刘润辉教授课题组报道受蚕丝蛋白启发，设计获得了结构简单、生物相容性好、体内稳定的一类新的抗异物反应高分子材料：聚β-丝氨酸，这类新型抗异物反应材料有望用于解决临床中普遍存在的异物反应难题（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9586-9593）。基于这项研究，该综述系统地总结和评述了各类植物材料和医疗器械的异物反应实例，深入剖析了异物反应产生的机制、传统抵制异物反应的方法及各自的缺点，并概述抗异物反应材料的最新应用进展，包括作为植入体本身、传感器涂层和细胞封装治疗等方面的应用。
       我校材料科学与工程学院博士研究生张东辉是该成果的第一作者，我校刘润辉教授是单独通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委、科技部等基金的资助。
       论文链接:  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202007226

bingnuan

近日，我校材料科学与工程学院刘润辉教授课题组在α/β-多肽合成研究领域取得突破性成果，该成果以“Synthesis of Poly-α/β-peptides with Tunable Sequence Via the Copolymerization on N-carboxyanhydride and N-thiocarboxyanhydride”（通过N-羧基环内酸酐和N-硫代羧基环内酸酐共聚合成序列可调节的聚-α/β-多肽）为题发表在iScience上（iScience. 2021, DOI:10.1016/j.isci.2021.103124）。
       蛋白和多肽在生命体中具有重要生物学功能，但其实际应用受到易被蛋白酶水解、体内生物利用度低等缺点限制。多肽模拟研究可以针对性地解决多肽体内稳定性差的突出缺点对应用的局限，因此在药物发现、组织工程、蛋白模拟、生物材料和化学等诸多领域具有重要应用前景。在多肽模拟研究领域中，刘润辉教授课题前期通过建立对水分不敏感的β-NTA（β-氨基酸N-硫代羧基酸酐）聚合新方法解决了β-内酰胺聚合制备β-多肽的经典合成方法对水分敏感、聚合条件苛刻、功能基团适用性受限的核心挑战（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6412-6419）。

        本研究着眼于解决多肽模拟物对酶降解可调和聚合物序列可控的关键性需求和挑战。通过α-NCA和β-NTA共聚实现了α/β-多肽的可控合成和对蛋白酶降解的调节；通过共聚反应中溶剂对单体聚合速率的调节作用，实现了α/β-多肽的序列可控合成。这一方法制备的α/β-多肽可通过改变氨基酸的序列和比例来调节蛋白酶稳定性和功能，作为一种降解可调节的多肽模拟物以适配不同应用场景。同时，这类α/β-多肽的合成方法在对蛋白质和多肽的折叠结构探索中具有潜在的重要意义。
        我校周敏博士是该论文的第一作者，刘润辉教授是通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委等基金的资助。
        论文链接: https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)01092-0#relatedArticles

ersan

近日，我校材料学院刘润辉教授课题组在抗耐药真菌感染研究中取得了新突破。刘润辉教授等研究人员受细胞穿透肽启发，以短链长的胍基化聚（2-噁唑啉）模拟宿主防御肽，发现了对抗耐药真菌感染的结构设计新思路。该成果以“Short Guanidinium-Functionalized Poly(2-oxazoline)s Displaying Potent Therapeutic Efficacy on Drug-Resistant Fungal Infections”为题发表在《德国应用化学》（Angew.Chem. Int.Ed. 2022, DOI: 10.1002/anie.202200778），并被选为VIP论文。

        刘润辉教授研究团队在前期研究中首次发现聚（2-噁唑啉）可以作为新一类的功能性多肽模拟骨架结构，并以侧链氨基功能化的聚（2-噁唑啉）模拟宿主防御肽获得高效抗耐药细菌聚合物（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6412-6419，VIP 论文, inside cover，高被引论文）。在前期工作的基础上，近日刘润辉教授研究团队受细胞穿透肽启发，通过模拟宿主防御肽设计了一种短链长的胍基功能化聚（2-噁唑啉），能够有效穿透真菌细胞膜从而杀死真菌，实现了体外高效的选择性抗真菌功能和体内出色的抗耐药真菌感染治疗效果，为设计新型高效选择性抗真菌化合物以对抗耐药真菌感染提供了一种新策略。
       我校博士研究生江伟男和博士后周敏为该论文的第一作者，我校刘润辉教授为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委等基金的资助。
        论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202200778

boing

近日，我校材料学院刘润辉教授课题组在治疗耐药菌感染研究中，以抗菌作用机理作为设计策略，通过模拟宿主防御肽设计发现了对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）具有高效抗菌活性的β−多肽聚合物。该成果以“Switching from membrane disrupting to membrane crossing, an effective strategy in designing antibacterial polypeptide”为题发表在《科学·进展》（Science Advances, 2023, DOI: 10.1126/sciadv.abn0771）。

        作者以打破多肽聚合物的手性从而改变多肽聚合物抗菌机理为策略设计抗菌多肽，同时使用生物相容性好的氨基酸残基加入到多肽聚合物的主链中，获得具有高效抗耐药菌活性和良好生物安全性的β−多肽聚合物。优选的β−多肽聚合物对多株临床分离的MRSA甚至休眠MRSA具有高效的活性，并且使用聚合物刺激细菌超过480代也未产生耐药性。在MRSA感染的小鼠全皮层伤口模型、角膜感染模型、粒细胞减少的大腿感染模型、肺炎感染模型和腹膜炎系统感染模型中均展示出接近甚至优于临床“最后一线”抗生素万古霉素的治疗潜力和良好的生物相容性。该研究证明了打破多肽聚合物手性以转变破膜抗菌机理为穿膜抗菌机理设计β−多肽聚合物的策略是发现潜在抗菌多肽聚合物有效策略。
        我校材料学院研究生张昊东，博士后陈琦和研究生谢佳洋是该论文的第一作者，刘润辉教授为通讯作者。该成果得到了国家自然科学基金委等基金的资助。
        论文链接:http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn0771