1. Nature（亮点）：活化烯烃的新型稳定中间体
通过氧化反应切断烯烃化学键对于将烯烃转化为高附加值合成中间体非常重要，目前能够一步实现这种反应的方法是使用O3切断烯烃化学键，但是由于O3切断烯烃化学键生成的臭氧化产物具有爆炸性危险，因此O3反应方法并不是一种特别好的选择。近日，亚琛工业大学Daniele Leonori、曼彻斯特大学Marco Simonetti等报道发展了一种光催化驱动激发硝基芳烃氧化切断烯烃化学键。作者发现光激发硝基芳烃分子是一种非常有效的O3代替分子，光激发硝基芳烃能够与烯烃之间进行自由基[3+2]环加成反应实现切断烯烃化学键。反应生成的“N-掺杂”臭氧化物分子的处理非常安全，在非常温和的条件进行水解能够将臭氧化物转化为羰基化合物，这些特点和优势使得其能够切断各种类型烯烃。由于该项研究的重要意义，麻省理工学院Alison Wendlandt等对这项研究进行总结和评论。1）烯烃是一种含有C=C双键的有机化合物分子，这种分子具有多种工业领域的应用，比如萜、脂肪酸等。通过臭氧化反应方式能够将烯烃切断生成含有氧原子的两个分子，这个反应最初于1840年被发现，臭氧化反应被发现能够作为表征分子中是否含有C=C双键的方法。目前，人们通常将臭氧化反应用于合成羰基化合物，这个反应转化方法的替代方法非常罕见，而且该反应具有许多重要应用，包括合成抗疟药分子青蒿素、抗生素头孢布烯、头孢克洛。但是臭氧化反应具有一个非常大的缺点，臭氧的稳定性较差、通常由O2在高压条件转化得到，而且无法存储，因为O3迅速分解生成O2。目前人们通常使用臭氧发生器将生成的臭氧直接通入反应溶液进行反应。而且，许多化学工作者并没有臭氧发生器这种装置。通常反应生成的臭氧化物中间体具有爆炸性，反应过程产生大量热量、需要液氮冷却。化学家通常需要进行安全培训才能够实施此类反应。2）相比于不稳定的臭氧化物中间体，硝基芳烃反应生成的1,3,2-二氧唑烷（dioxazolidines）具有较好的稳定性，能够分离得到，其中一些二氧唑烷中间体能够在-30 ℃长时间存储。与臭氧化物中间体相比，这种1,3,2-二氧唑烷可以看成N掺杂臭氧化物。而且，令人惊奇的是，仅仅通过氮原子掺杂的方式，原本容易爆炸的臭氧中间体变成能够分离的稳定中间体。Ruffoni, A., Hampton, C., Simonetti, M. et al. Photoexcited Nitroarenes for the Oxidative Cleavage of Alkenes. Nature (2022)DOI: 10.1038/d41586-022-02952-whttps://www.nature.com/articles/d41586-022-02952-wRuffoni, A., Hampton, C., Simonetti, M. et al. Photoexcited Nitroarenes for the Oxidative Cleavage of Alkenes. Nature (2022)DOI: 10.1038/s41586-022-05211-0https://www.nature.com/articles/s41586-022-05211-0
2. Chem. Soc. Rev.：利用小分子荧光探针研究铁死亡
郑州大学朱海亮教授、Yong-Tao Duan研究员和宾州州立大学医学院Sheng-Yu Yang对利用小分子荧光探针研究铁死亡的最新研究进展进行了综述。1）铁死亡是一种铁依赖、非凋亡形式的程序性细胞死亡，其由过度脂质过氧化(LPO)所驱动。越来越多的证据表明，这一细胞死亡的独特方式与多种疾病的发生和发展有关，包括癌症、心血管疾病(CVDs)、神经退行性疾病等。然而，人们对铁死亡的发病机制和信号传递途径还不完全了解，这是由于缺乏能够对复杂生命系统中的铁死亡分析物进行高选择性和高灵敏度成像的可靠工具所导致的。目前，已有多种小分子荧光探针能够通过示踪生物分子或微环境相关参数以在体内外被用作研究铁死亡的化学传感器。2）本文综述了小分子荧光探针在铁死亡研究中的最新进展，重点介绍了小分子荧光探针的分析物、设计策略和生物成像应用；此外，作者也对这一新兴领域所面临的主要挑战和对应的解决策略进行了讨论。Ya-Lin Qi. et al. Recent advances in small-molecule fluorescent probes for studying ferroptosis. Chemical Society Reviews. 2022https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/cs/d1cs01167g
3. Nature Catal.综述：中性环境氧还原反应与生物电化学系统结合
氧还原反应（ORR）是电化学能源转化和存储、腐蚀、化学工艺等领域最重要的反应。ORR反应在生物过程（呼吸生化链式反应等）中扮演主要角色，而且是微生物/酶燃料电池、微生物合成、海水脱盐淡化和净化、生物传感等多种多样的生物电化学器件/系统。来自各种不同背景的研究者集中到一起研究，尝试在接近中性的条件进行结合生物过程的ORR反应。但是在中性附近的pH环境ORR反应机理非常复杂，其中包括生物学催化剂（生物系统以及衍生结构）和非生物学催化剂（无机材料/复合物）。有鉴于此，比利时弗拉芒大区工业技术研究院(VITO) Deepak Pant 等综述报道不同催化剂的相关ORR机理和路径，并且讨论各种ORR催化剂与生物电催化体系结合的实际操作可行性。此外，还分析实际应用过程中使用氧去极化策略导致的技术挑战。1）首先作者讨论ORR的机理与具体反应步骤，随后对无机催化剂的ORR反应进行分析，并且着重讨论了电子转移机理与局限性。作者讨论了基于电子转移机理的酶催化ORR反应，并且总结了酶催化电化学反应的局限性，与其可能应用于酶-电化学系统。此外，作者总结了细菌电催化剂的ORR机理与相对应的电子转移机理、催化反应的决速步骤、细菌的产生和生长、微生物-电化学体系的催化活性等问题。讨论了各种见诸报道的电极结构，并且讨论各种电极结构的优点和缺点。最后，对环境pH条件进行ORR的前景与未来发展趋势进行展望。Santoro, C., Bollella, P., Erable, B. et al. Oxygen reduction reaction electrocatalysis in neutral media for bioelectrochemical systems. Nat Catal 5, 473–484 (2022)DOI: 10.1038/s41929-022-00787-2https://www.nature.com/articles/s41929-022-00787-2
4. JACS：镧系元素-核苷酸配位纳米粒子用于STING激活
干扰素基因刺激因子(STING)的激活对于阻断病毒感染和诱导抗肿瘤免疫反应而言至关重要。局部注射人工合成的STING激动剂，如2’3‘-cGAMP [cGAMP =环5’-鸟苷一磷酸(cGMP)腺苷一磷酸(AMP)]，是一种很有发展前景的增强抗病毒功能和癌症免疫治疗的方法。然而，这种激动剂的应用一直受到复杂的合成程序、高剂量和不理想的系统免疫反应等问题的阻碍。新加坡国立大学刘小钢教授和四川大学巩长旸教授报道了一系列能够作为2’3‘-cGAMP替代物、由AMP、GMP和配位镧系元素反应形成的纳米颗粒制剂。1）这些纳米颗粒可以刺激小鼠巨噬细胞和人单核细胞的I型干扰素(IFN)反应。研究发现，使用铕基纳米颗粒作为STING靶向佐剂可显著促进小鼠骨髓源性树突状细胞的成熟和主要组织相容性复合体I类抗原呈递。动态分子对接分析表明，这些纳米颗粒能够与小鼠STING和人STING进行高亲和力结合。2）与可溶性卵白蛋白(OVA)相比，皮下接种的铕基纳米疫苗后能够在血清中产生显著增加的一、二次抗OVA抗体(180倍)以及在体外脾细胞中产生更多的IL-5(28倍)、IFN-γ(27倍)和IFN-α/β(4倍)。与2’3‘-cGAMP /OVA相比，皮下注射该纳米疫苗可显著抑制B16F10-OVA肿瘤生长，延长荷瘤小鼠的生存时间。鉴于镧系元素具有丰富的超分子化学性质，这项工作能够为实现有效的体液和细胞免疫提供一个简易的平台，进而为构建具有成本效益、高效治疗性能的STING激动剂提供新的思路。
Zichao Luo. et al. Lanthanide-Nucleotide Coordination Nanoparticles for STING Activation. Journal of the American Chemical Society. 2022DOI: 10.1021/jacs.2c03266https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03266
5. AM：利用工程化细菌外膜囊泡激活巨噬细胞吞噬以改善肿瘤免疫治疗
肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)是一种浸润于肿瘤微环境(TME)的免疫细胞，其与免疫抑制型M2极化巨噬细胞相似。此外，肿瘤细胞会高表达CD47“别吃我”信号，进而阻碍巨噬细胞的吞噬作用。因此，实现对TAMs的准确、高效地激活是肿瘤免疫治疗的新途径。然而，如何对巨噬细胞进行再教育仍然是一项重大的研究挑战。细菌源性外膜囊泡(OMVs)是一种具有高度免疫原性的纳米囊泡，可有效刺激巨噬细胞。有鉴于此，国家纳米科学中心赵潇研究员、聂广军研究员和Xiaotu Ma通过将CD47纳米抗体(CD47nb)融合到OMV表面上(OMV-CD47nb)，并在外表面包覆含有双硒键(PEG/Se)的聚乙二醇(PEG)层，制备得到PEG/Se@OMV-CD47nb，以作为一种基于OMV的可控双向适配器，。1）PEG/Se层修饰不仅能够降低OMV-CD47nb的免疫原性以显著增加静脉注射的安全给药剂量，而且也使得该制剂具有辐射触发的OMV-CD47nb控释性能。研究表明，对注射纳米制剂后的小鼠肿瘤进行辐射可导致TME发生重构。2）此外，OMV-CD47nb也能够作为双向适配器以通过诱导M1极化和阻断“别吃我”信号等多种途径激活TAM吞噬肿瘤细胞。实验结果表明，TAMs的激活可通过有效的抗原递呈刺激产生T细胞介导的抗肿瘤免疫作用。Qingqing Feng. et al. Engineered Bacterial Outer Membrane Vesicles as Controllable Two-Way Adaptors to Activate Macrophage Phagocytosis for Improved Tumor Immunotherapy. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202206200https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206200
6. AM：原位银基电化学溶瘤生物反应器
广西医科大学赵永祥教授、张坤教授和Liping Zhong首次通过研究发现，还原氧化石墨烯(rGO)载体在Ag+还原过程中的催化率比氧化石墨烯高20倍。1）基于此，使用构建了一种肿瘤微环境原位银基电化学溶瘤生物反应器(SEOB)。该反应器可将Ag+前药转化为具有原位治疗作用的银纳米颗粒，转化率达95%以上，可抑制多种肿瘤的生长。在这种基于SEOB的肿瘤内纳米合成药物中，肿瘤内H2O2和还原氧化石墨烯分别作为还原剂和催化剂。2）研究发现，将SEOB解锁的前药与适配体进行螯合可以增加肿瘤细胞中银纳米粒子的产生，尤其是在有维生素C（可在肿瘤细胞中被分解以提供大量的H2O2）。实验结果表明，凋亡和焦亡的协同作用可显著提高对裸鼠皮下HepG2和A549肿瘤以及原位移植HepG2肿瘤的抑制作用。特异性的适配体靶向和肿瘤内银纳米颗粒的产生使得该SEOB系统具有良好的生物安全性，不会引起组织损伤，具有很好的临床转化潜力。
Yong Huang. et al. In Situ Silver-based Electrochemical Oncolytic Bioreactor. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202109973https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109973
7. AM：瘤周注射免疫调节佐剂诱导金属免疫治疗以对抗实体肿瘤
实体肿瘤的临床免疫治疗往往只能在少数患者中引起持久的反应，这主要是由于高度免疫抑制的肿瘤微环境(TME)所导致的。尽管将疫苗佐剂与炎症细胞因子或免疫激动剂进行合理组合可以缓解免疫抑制，进而对抗实体肿瘤；但由于存在细胞因子的多效性和脱靶细胞的非特异性激活等因素，因此该策略也会不可避免地存在非特异性毒性。有鉴于此，浙江大学李方园教授和上海交通大学凌代舜教授开发了一种以Zn2+掺杂的层状双氢氧化物(Zn-LDH)为基础的免疫调节佐剂，该佐剂不仅可以缓解免疫抑制，而且还能引起较强的抗肿瘤免疫。1）瘤周注射Zn-LDH可持续中和酸性TME，释放产生大量的Zn2+，促进形成由M1型肿瘤相关的巨噬细胞、细胞毒性T细胞和自然杀伤细胞组成的促炎网络。此外，肿瘤细胞内化的Zn-LDH也能有效破坏内溶酶体(endoo-/溶酶体)以阻断自噬，诱导线粒体损伤，而释放的Zn2+能够激活cGas-STING信号通路以诱导免疫原性细胞死亡，进一步促进肿瘤相关抗原的释放，诱导抗原特异性细胞毒T淋巴细胞。2）实验结果表明，仅注射Zn-LDH佐剂，而不需使用任何细胞毒性炎症细胞因子或免疫激动剂就能显著抑制小鼠实体肿瘤的生长、复发和转移。综上所述，该研究为实现肿瘤金属免疫治疗提供了一种新的设计策略。Lingxiao Zhang. et al. A Peritumorally Injected Immunomodulating Adjuvant Elicits Robust and Safe Metalloimmunotherapy against Solid Tumors. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202206915https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206915
8. Adv. Sci.：弹性电子编织物用于高冲击运动监测
kernmantle结构是一种编织结构，其特点是kern吸收大部分应力和覆盖层保护kern，广泛用于装载和救援服务领域，但很少用于柔性电子产品。于此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所的研究人员Junyi Zhai提出了一种用于高强度运动监测的新型 kernmantle 电子编织 (E-braid)。制成的 E 编织物不仅表现出高强度 (31 Mpa)、定制的弹性和良好的机洗性（> 500 次洗涤），而且在拉伸过程中表现出优异的电稳定性（> 200 000次循环）。为了演示，将E形编织物安装在蹦床的不同部位，用于监测运动员的运动行为。此外，E形编织物被证明可以作为多种智能运动装备或可穿戴设备，如电子跳绳和呼吸监测带。本研究将kernmantle结构扩展到软柔性电子，从而加速了定量分析在现代体育产业和运动员保健中的发展。Wang, W., Yu, A., Wang, Y., Jia, M., Guo, P., Ren, L., Guo, D., Pu, X., Wang, Z. L., Zhai, J., Elastic Kernmantle E-Braids for High-Impact Sports Monitoring. Adv. Sci. 2022, 2202489. https://doi.org/10.1002/advs.202202489
9. Nano Lett.：仿生中性粒细胞纳米类毒素可诱导对鲍曼不动杆菌的有效免疫以对抗感染
鲍曼不动杆菌是造成耐抗生素感染的主要原因之一，其致死率高，并且目前尚未有临床批准的疫苗配方。在鲍曼不动杆菌感染开始时，中性粒细胞是主要应答者，并会在抵抗病原体的过程中发挥重要作用。加州大学圣地亚哥分校张良方教授和Ronnie H. Fang教授利用中性粒细胞膜包裹的纳米颗粒设计了一种用于抗病毒接种的仿生纳米类毒素，其能够安全地捕获鲍曼不动杆菌因子。1）疫苗接种后，该纳米类毒素制剂可迅速动员先天免疫细胞，并促进产生病原体特异性的适应性免疫。在肺炎、败血症和浅表伤口感染的小鼠模型中，该纳米疫苗能够产生显著的免疫保护，提高存活率并缓解急性炎症。2）实验结果表明，无论感染方式如何，接种疫苗后的动物体内的细菌量会显著降低。综上所述，该研究证明了中性粒细胞纳米类毒素可作为一种有效的平台以诱导多价免疫，进而在不同的疾病条件下抵御具有多重耐药性的鲍曼不动杆菌。Jiarong Zhou. et al. Biomimetic Neutrophil Nanotoxoids Elicit Potent Immunity against Acinetobacter baumannii in Multiple Models of Infection. Nano Letters. 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c01948https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c01948
10. ACS Nano：实现高性能双功能氢催化的Ru纳米结构相工程
过渡金属的物化性质和催化性能与相密切相关。Ru基纳米材料是电催化析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)的优良催化剂，然而，由于难以合成具有纯面心立方（fcc）相的Ru，目前的研究大多局限于传统的六方密排（hcp）Ru。近日，苏州大学李有勇教授，厦门大学黄小青教授，Qiaobao Zhang采用胶体法制备了面心立方相纯MoOx修饰的Ru纳米树枝状物（nanodendrimers）（MoOx-Ru fcc），并通过相变得到了MoOx-Ru hcp。1）电化学测试表明，MoOx-Ru fcc和MoOx-Ru hcp具有较强的相依赖催化性能。MoOx-Ru fcc在催化HER和HOR方面明显优于MoOx-Ru hcp，具有更高的活性和更持久的稳定性。2）密度泛函理论(DFT)计算还表明，当MoOx修饰时，Ru fcc相表现出比Ru hcp相更持久的稳定性。H和OH的吸附能计算证实了MoOx修饰后催化剂活性的提高。这项工作突出了相工程在构建高性能电催化剂方面的重要性，有望激励人们对其他金属基材料的相工程进行更多的研究，以实现更广泛的应用。Leigang Li, et al, Phase Engineering of a Ruthenium Nanostructure toward High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.2c05776https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05776
11. Biomaterials：封装L-丁硫氨酸亚砜亚胺的中空过氧化钙用于增强酶动力学治疗
如何设计多功能纳米载体以递送氯化物过氧化物酶(CPO)并同时提高酶动力疗法(EDT)的效率是一项重大的挑战。哈尔滨工程大学杨飘萍教授、中科院长春应化所林君研究员和程子泳研究员利用简单的一步法制备了透明质酸钠修饰、封装L-丁硫氨酸亚砜亚胺的中空过氧化钙球，以用于递送CPO和增强EDT。1）在肿瘤部位有效积累后，该纳米复合材料能够在内源性肿瘤微环境(TME)中快速分解以释放Ca2+、BSO分子和CPO，并同时产生大量过氧化氢(H2O2)。BSO分子可通过诱导γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶失活以抑制谷胱甘肽(GSH)的生物合成。在BSO诱导的GSH消耗和自供应H2O2等特性的作用下，CPO的EDT效率能够得到显著提高，从而实现较高的肿瘤治疗效率。2）此外，过量的Ca2+也会引起线粒体损伤，放大氧化应激。此外，由于氧化应激增强导致钙转运通道不平衡所引发的钙化也会加速肿瘤细胞的凋亡，提高CT成像可视化肿瘤治疗的疗效。综上所述，该研究构建的多功能高效纳米复合材料有望在肿瘤联合治疗领域中发挥重要作用。Bin Liu. et al. L-buthionine sulfoximine encapsulated hollow calcium peroxide as a chloroperoxidase nanocarrier for enhanced enzyme dynamic therapy. Biomaterials. 2022https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142961222003866
