化生医药交叉平台推动的化生交叉学科建设与研究生培养——南京大学化学和生物医药创新研究院的探索与实践

随着多学科交叉研究的兴起,交叉学科的建设和人才培养成为国内高校化学等学科普遍关注的命题。本文结合南京大学化学生物学交叉学科建设和人才培养的经验,从高水平的化生医药交叉研究平台建设如何促进化生交叉学科师资队伍建设和研究生培养的角度展开,展示了一条借助高校高水平研究平台建设助推交叉学科建设和人才培养的可行路径。

基于小分子化学反应工具构建CRISPR-Cas9功能调控体系的研究进展

CRISPR技术是目前基因编辑领域的一大研究热点,已在疾病治疗、作物改良等领域得到广泛的应用,CRISPR-Cas9系统是其中研究最为深入的一种类型.如何降低Cas9/sgRNA复合物在细胞内作用的脱靶性是CRISPR-Cas9技术发展面临的主要挑战之一.利用光或活性小分子诱发的小分子化学反应工具构建CRISPRCas9功能调控体系,通过对sgRNA,Cas9或Cas9/sgRNA复合物的功能进行调控,可以在细胞乃至活体水平上一定程度实现对CRISPR-Cas9作用的时间或空间特异性的操纵,大大降低非特异性基因编辑作用发生的概率,同时小分子对原体系的干扰较小,因此小分子化学反应逐渐成为操纵CRISPR-Cas9体系的一种重要的研究工具.本文总结和介绍了小分子反应工具用于CRISPR-Cas9功能调控系统构建的主要研究进展,并对其未来的发展进行了展望.

生物纳米孔道单分子多肽磷酸化识别与测量的创新综合实验

生物纳米孔道技术是一种具有革命性意义的单分子电化学分析方法,经过近三十年的发展,已经能够实现单分子DNA测序并广泛应用于多肽、蛋白质等单个生物分子的检测研究。本文探讨了将纳米孔道单分子测量方法引入大学实验教学的必要性与重要性,介绍了生物纳米孔道单分子实验的教学意义、目的、内容及其组织实施方式。本实验采用“科教融合”的教学模式,针对具有一定化学、生物化学基础知识并对科研感兴趣的二、三年级本科生,精心设计并不断优化教学方案,将纳米孔道单分子电化学及相关交叉领域的最新研究成果融入课堂教学,拓展学生的科研视野、激发学生的科研兴趣。此外,通过教师引导,鼓励学生大胆提出问题,自主探索,合作完成实验内容,培养学生的学术思维和综合创新能力。

道法自然,敦本务实——2022年诺贝尔化学奖

因为如同将两块乐高积木“咔嗒”拼在一起一样轻易,正交化学又被称为“咔嗒化学”,这门“使困难的过程变得更容易”的学问是如何发展起来的,又将走向何方呢?北京时间2022年10月5日,2022年诺贝尔化学奖结果揭晓。瑞典皇家科学院宣布,将2022年诺贝尔化学奖授予美国斯坦福大学的卡罗琳·露丝·贝尔托齐(Carolyn Ruth Bertozzi)、丹麦哥本哈根大学的莫滕·梅尔达尔(Morten Meldal)和美国斯克里普斯研究所的卡尔·巴里·沙普利斯(Kart Barry Sharpless),以表彰他们“在点击化学和生物正交化学方面的发展”(见图1),其中沙普利斯更是继2001年因在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就夺得诺贝尔化学奖后再次获奖。

纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用

DNA和RNA上广泛存在着多种化学修饰.这些核酸修饰参与基因表达的调控,影响生长发育等生理过程,并可能会引发癌症等疾病.对核酸修饰的精准识别与定位有助于理解其功能机制,帮助相关疾病的诊断与治疗.纳米孔测序是一种新兴的单分子测序技术,可以根据修饰碱基与天然碱基之间阻孔信号的差异实现核酸序列中多种修饰的同时检测,是目前检测核酸修饰最直接的方法.本文简要介绍了纳米孔测序技术的发展和原理以及识别核酸修饰的算法工具,总结了纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用,并对其发展前景进行了展望.

纳米孔道电化学-拉曼光谱联用技术在单分子分析中的应用

纳米孔道电化学技术可在单分子水平上实现无标记、高通量的分析测量。然而,纳米孔道在测量分子之间的细微差异时仅能通过离子流电信号微弱差异进行识别分析,缺少对分子结构的直接表征分析能力。纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术能够对分析物进行电化学和拉曼光谱表征,在记录孔道内分子的离子流信息的同时获取该分子的拉曼光谱,以表征该分子结构特征与组成。本综述以纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术为主题,系统介绍了等离子体纳米孔道的制备方法;阐述了纳米孔道光电联用检测仪器的技术路线;并对纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术在单颗粒分析,碱基识别,蛋白质结构分析等方面的应用进行讨论;总结了纳米孔道电化学-拉曼光谱联用检测技术在发展过程中面临的挑战与展望,为该技术后续在单分子分析方面的发展提供新的思路。

雄黄饮片ICP-MS无机元素分析及其抗结肠癌谱效关系研究

目的:建立雄黄饮片的无机元素指纹图谱并对其进行分析与评价,同时进行体外抗结肠癌活性研究,探讨多种无机元素与抑制结肠癌细胞增殖的谱效关系。方法:采用ICP-MS测定12个不同批次雄黄饮片中30种无机元素的含量,建立无机元素指纹图谱,进行相似度评价,运用SPSS 26.0、SMICA 14.1软件进行聚类分析、主成分分析(PCA);采用MTT法测定雄黄对结肠癌HCT116细胞的增殖抑制率,运用SMICA 14.1、DPS 7.5软件分别进行偏最小二乘回归法和灰色关联度法分析其谱效关系。结果:检测的30种元素中,As、Fe、Sb、Al、Mg含量较高,Na、Zn和重金属Cu、Cd均未检出,Pb、Hg部分检出。建立了12种无机元素特征指纹图谱,相似度(夹角余弦值)均大于0.900 0。12批次雄黄分为了2类,综合评价得分产地贵州的雄黄饮片排在前列。MTT实验表明雄黄能抑制结肠癌HCT116细胞增殖,偏最小二乘回归和灰色关联法分析谱效关系表明,VIP>1且关联度>0.7的元素有As、Sr、Ga、Ti、Al、Fe、V、Sb、Co、Mg、Mn。结论:不同批次雄黄饮片无机元素的种类和含量存在一定差异,该研究建立了准确高效分析评价雄黄饮片无机元素的方法。雄黄抗结肠癌作用是多种元素协同作用的结果,主要与As、Sr、Ga、Ti、Al、Fe、V、Sb、Co、Mg、Mn 11种元素密切相关。

核素药物在肿瘤细胞治疗中的应用研究进展

目前,用于医学诊疗的核素种类繁多,在肿瘤细胞的诊断和治疗等方面都发挥着显著且有效的作用。由于肿瘤细胞的异质性和肿瘤微环境的高度可变性,使得提供精确诊断和靶向杀伤等功能的放射性核素偶联药物成为肿瘤精准医疗中不可或缺的手段和工具。结合近年来核素药物的临床前研究和临床试验,详细介绍诊断类核素在肿瘤细胞治疗中的应用,以及治疗类核素与其他肿瘤细胞疗法的协同治疗的应用,为核素药物的配对诊疗研究及临床转化提供发展方向。

纳微尺度溶液体系的精确计算

在纳微尺度上,分子性质、传质过程、化学反应等均与在宏观尺度表现不同.因此,近年来在生命科学、材料科学等领域对于纳微尺度下的液滴和溶液体系的研究蓬勃发展.采用计算模拟手段对相关体系的准确表征有助于揭示其在微观层面的分子机制,并为解开生命的奥秘、促进新材料的研发提供新的见解.本综述回顾了使用模拟方法,包括分子力场、量子化学方法以及结合机器学习等,研究此类体系的最新进展,重点关注纳微尺度下气液界面(包括空气/水、空气/溶液,以及大气/水)的溶液体系.此外,我们还对适用于纳微尺度溶液化学的计算模拟手段未来的发展进行了展望.

免疫“分子机器”的金属干预

免疫“分子机器”的识别与调控是免疫系统有序工作的关键.金属元素作为机体必需的营养物质,具有独特的化学性质,可以通过不同机制广泛地影响和干预免疫“分子机器”.本文站在细胞内、外不同的免疫“分子机器”的角度,总结了金属对免疫“分子机器”的直接干预和间接影响,阐释了不同免疫“分子机器”中金属元素的重要作用,提出了目前相关研究的不足及其历史成因.最后,本文通过分析金属干预的化学特性,提出要结合近年来新兴的研究手段从全局性、特异性和可变性等方面进行研究,为免疫“分子机器”的金属靶向干预提供了新的见解.

靶向分化群47-信号调节蛋白α的抗肿瘤药物递送系统研究进展

巨噬细胞是肿瘤微环境的重要组成部分,肿瘤细胞通过表达分化群47(CD47)与巨噬细胞受体信号调节蛋白α(SIRPα)相互作用而避免被吞噬。目前通过阻断CD47-SIRPα的相互作用进而恢复巨噬细胞吞噬功能的研究已经受到了广泛关注,包括抗CD47抗体在内的多种药物已经开展了临床试验研究。然而常见的血液毒性限制了这类药物的临床应用,除了筛选肿瘤特异性结合的药物外,通过药物递送系统包载CD47抑制剂用于肿瘤的治疗是一种有效策略。通过以CD47-SIRPα的结构和信号通路为基础,详细综述了靶向CD47-SIRPα的递送系统,包括白蛋白、脂质等不同载体材料构建的纳米递送系统,凝胶递送系统和抗体偶联药物等,以期为临床药物开发提供借鉴。

矿物药麦饭石偏光显微特征及其X射线衍射指纹图谱分析

目的:分析不同产地麦饭石样品的偏光显微特征、物相组成及其相对含量,并建立麦饭石粉晶X射线衍射(XRD)Fourier特征指纹图谱。方法:选择26批麦饭石样品,利用偏光显微镜观察单偏光、正交偏光下样品粉末及磨片的显微特征,通过粉晶XRD技术分析主要物相组成及其相对含量,并建立麦饭石XRD Fourier特征指纹图谱。XRD入射光源为Cu靶Kβ辐射,光管电压和光管电流分别为40 kV和40 mA,发散狭缝1°,散射狭缝1°,接收狭缝0.2 mm,扫描速度5°·min^(-1),持续扫描,扫描范围5~90°(2θ),步长0.02°。结果:获得了麦饭石粉末、磨片的偏光显微特征图,其主要物相组成为斜长石、石英和钾长石,少数样品尚含有伊利石、黄铁矿、铁白云石、方解石、铁闪石及绿泥石等。长石类物相相对总质量分数、石英相对质量分数分别在61.9%~82.4%、12.6%~33.6%。建立了以13个共有峰为特征指纹信息的麦饭石XRD Fourier指纹图谱分析方法,均值相关系数法计算的相似度0.9209~0.9977,均值夹角余弦法计算的相似度0.9405~0.9984,中位数相关系数法计算的相似度0.9211~0.9975,中位数夹角余弦法计算的相似度0.9475~0.9982。结论:麦饭石的偏光显微鉴别特征主要为斜长石、石英及钾长石,且粉晶XRD Fourier指纹图谱分析技术可用于麦饭石的鉴别。

我国矿物药品种概况、市场流通与临床应用调查分析

矿物药是中医药体系的重要组成部分。长期以来,由于矿物药研究涉及学科复杂、具备地质学-中医药学等知识复合型人才缺乏、研究难度大等多种原因,相较于植物药和动物药研究,矿物药科研与创新速度进展缓慢,总体表现为明显的不平衡、不充分状态。关于矿物药品种,从古代本草至如今的市场流通与临床实际应用缺乏较为系统的研究,历史变迁过程不清。从矿物药的概念、分类及古代本草、近现代出版的矿物药专著、主要药学著作、历版《中国药典》、中药材专业市场、中药饮片企业、医疗机构矿物药品种记载、流通与临床应用情况进行了较为系统的调查研究,基本厘清了我国矿物药品种的历史变迁情况,并对矿物药品种存在的主要问题及其研究与发展建议进行了探讨。旨在为矿物药的“传承精华,守正创新”及我国矿物药现代化战略研究规划、矿物药资源产业发展规划等相关政策的制定提供基础参考资料。

纳米氧载体的设计及其在肿瘤诊疗中的应用

乏氧普遍存在于多种实体肿瘤中,极易导致抗肿瘤治疗(如:化疗、放疗、光动力治疗、声动力治疗等)的失败,并最终引起肿瘤的恶化和转移。近年来,许多新兴的纳米技术不断涌现,并被用于改善肿瘤乏氧,从而降低治疗耐受的发生。现有的纳米氧载体主要通过向肿瘤直接递送氧气或与肿瘤微环境反应产生氧气来实现供氧。从纳米氧气载体的设计及其在肿瘤诊疗中的应用2个方面,综述近5年纳米技术在肿瘤供氧方面的研究进展,以期为相关研究提供参考。