劉莊等Nat Nano，黃勁松Nat Energy，羅健平Nat Chem！

第一篇，劉莊/程義雲/彭睿Nature Nanotechnology：基於氟聚合物的個性化納米疫苗用於手術後癌症免疫治療

▲第一作者：Jun Xu

通訊作者：Rui Peng, Yiyun Cheng，Zhuang Liu

第一單位：蘇州大學

DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-020-00781-4

背景介紹

癌症免疫治療給癌症的治療帶來了巨大的希望。不同類型的癌症免疫治療策略，單獨或與其他常規治療策略(如化療或放療)相結合，已在臨床廣泛研究或試驗。此外，有報導稱，術後免疫治療，如免疫檢查點阻斷治療，可能能夠降低癌症復發和轉移的風險。然而，其治療效果仍有待改善。

本文亮點

● 本文展示了一種基於陽離子氟聚合物製造個性化納米疫苗用於術後癌症免疫治療的一般策略。通過將氟聚合物與模型抗原卵白蛋白混合形成的納米顆粒，通過Toll樣受體4(TLR4)介導的信號通路誘導樹突狀細胞成熟，並促進抗原轉運到樹突狀細胞的胞漿中，從而導致有效的抗原呈遞。

● 這樣的納米疫苗可以抑制已建立的卵白蛋白表達的B16-OVA黑色素瘤。更重要的是，在兩種皮下腫瘤模型和一個原位乳腺癌腫瘤中，氟聚合物與切除的自體原發腫瘤細胞膜的混合可以協同檢查點阻斷療法抑制術後腫瘤復發和轉移。

● 在原位腫瘤模型中，我們觀察到一個強大的免疫記憶對抗腫瘤的再次挑戰。此工作為製備個性化的癌症疫苗提供了一種簡單和通用的策略，以預防術後癌症復發和轉移。

圖文解析

1、氟聚合物用於抗原遞送（圖1）

▲圖1、納米疫苗的製備、表徵及DC活化。

a、F-PEI/OVA納米疫苗製備示意圖。

b、用動態光散射法測量不同聚合物/OVA比（w/w）製備的F7-PEI/OVA和F13-PEI/OVA納米粒子的流體力學尺寸。

c、F7-PEI/OVA（左）和F13-PEI/OVA（右）NPs（F）的TEM圖像。

d、F7-PEI/OVA和F13-PEI/OVA的Zeta電位。

e、隨著PEI/OVA、F7-PEI/OVA或F13-PEI/OVA NPs的OVA濃度增加，孵育24小時後BMDC的相對存活率。

f-i，顯示CD86+CD80+（f）、CD40+（g）、MHC-II+BMDC（h）和OVA抗原交叉呈遞的統計數據（i）用OVA、F7-PEI/OVA或F13-PEI/OVA NPs處理的BMDC的效率-PEI：OVA比率12小時（n=4個獨立重複）。OVA濃度固定在10μg ml-1。

j、代表性流式細胞術圖（j）和統計數據（k）顯示，在與OVA、F7-PEI/OVA或F13-PEI/OVA NP脈衝的BMDC孵育後，OT-I CD3+CD8+T細胞增殖（羧螢光素琥珀醯亞胺酯（CFSE）稀釋）-PEI：OVA比率1:1（n=3個獨立重複）。

d i，k，表示為平均標準差（s.d.）的數據。f i，k，至少三個獨立實驗的代表性數據，結果相似。

k、採用雙側不配對t檢驗確定各組間的統計顯著性。

2、基於氟聚合物的納米疫苗在體內表現出強大的免疫反應（圖2-圖4）

▲圖2 納米疫苗體外DC活化。

a,b納米疫苗的細胞攝取分析。細胞外螢光在流式細胞儀檢測前經臺盼藍滅活。

a，流式細胞儀測量的平均螢光強度(MFI) CD11c +細胞與FITC-OVA孵化後,F7-PEI / FITC-OVA或F13-PEI / FITC-OVA 12 h .

b，流式細胞儀測量的MFI wt或Tlr4 / BMDCs孵化F7-PEI / FITC-OVA或F13-PEI / FITC-OVA。

c，從wt小鼠和Tlr4 /小鼠中收集的經指示樣本處理後的BMDCs成熟水平。游離OVA和LPS分別作為陰性和陽性對照。分別用10個OVA、F7-PEI、F13-PEI、F7-PEI/OVA或F13-PEI/OVA刺激HEK-Dual Null (NF/IL8)細胞(作為對照)和HEK-Dual mTLR4 (NF/IL-8)細胞。陽性對照為TLR4激動劑MPLA(1蛋白gml-1)。孵育12h後，使用Lucia螢光素酶檢測試劑QUANTI-Luc檢測其螢光素酶活性，測定啟動子TLR4對啟動子的激活。RLU，處理組的相對光單位;空白的RLU。

a-d，數據以平均s.d. a,d, n = 3個獨立實驗，使用相同的F7-PEI或F13-PEI。

b-c, n = 4個獨立實驗，使用同一F7-PEI或F13-PEI。採用雙側非配對t檢驗確定各組間的統計學顯著性。

e, DC2.4細胞經OVA-FITC(綠色)、PEI/OVA-FITC(綠色)、F7-PEI/OVA-FITC(綠色)或F13-PEI/OVA-FITC(綠色)處理6小時後的共聚焦螢光圖像。展示了三個獨立實驗的代表性圖像。刻度棒，10英尺。

f，顯示F-pei /OVA NPs通過tlr4介導的方式增強細胞內OVA攝取、促進抗原交叉遞呈和激活DCs的機制。

▲圖3 F-PEI/OVA納米疫苗的體內免疫刺激。

a-b，評估F-PEI/OVA納米疫苗引發的體內免疫反應的實驗設計方案(a)和時間軸(b)。

c-d，具有代表性的流式細胞儀數據(c)和統計數據(d)，顯示不同劑型NPs在免疫後第3天體內誘導DC成熟。

e，免疫後第5天LNs中CD11c+SIINFEKL+ SIINFEKL表達dc的比例。

f,g，免疫後第7天免疫小鼠血清中ova特異性IgG2a的比值:IgG1 (f)和IFN-的產生(g)。

h,i，免疫後第7天脾臟CD3+CD8+ T細胞h-2kb /SIINFEKL四聚體染色代表性流點圖(h)和統計數據(i)。免疫後第7天，用ELISPOT法測定的IFN-固定點形成細胞(SFCs) (j)和統計數據(k)。

l，免疫後第7天，IFN- na陽性細胞在重新刺激的脾細胞CD8+ T細胞中的百分比。

▲圖4、F13-PEI/OVA納米疫苗在荷瘤小鼠中抑制腫瘤生長並延長生存時間。以F-PEI/OVA為基礎的納米疫苗預防B16-OVA黑色素瘤的效果。f - pei /OVA納米疫苗的抗腫瘤治療效果。

a,d，腫瘤挑戰實驗設計方案。

b,e，各種治療後小鼠B16-OVA腫瘤的平均生長曲線(每組6隻生物獨立小鼠)。生長曲線代表不同治療組B16-OVA腫瘤小鼠的平均s.e.m.

c,f，無病生存。使用Kaplan Meier方法獲得生存曲線，並通過對數秩檢驗進行比較。個別腫瘤生長曲線在e. s.c，皮下。SR,存活率。

3、基於氟聚合物的個性化納米疫苗用於治療手術後的遠端腫瘤（圖5）

▲圖5、F13-PEI/Mem納米疫苗協同ICB治療術後遠處腫瘤。

a、b、方案(a)和時間軸(b)顯示從手術切除的腫瘤獲得的腫瘤細胞膜中製備F13-PEI/Mem NPs作為個性化的腫瘤納米疫苗，與ICB治療聯合使用，以抑制每隻小鼠對面腫瘤的生長。

c,d, B16F10腫瘤的遠處腫瘤生長曲線(c)和不同組小鼠(d)不同治療後的無病生存。例如，不同治療組小鼠的個體遠處腫瘤生長曲線(e)、CT26腫瘤的遠處腫瘤平均生長曲線(f)、無病生存率(g)。

h，用抗CD8a或同型單克隆抗體治療3天後進行T細胞流式細胞術分析作為對照。所示數據代表了六隻生物學上獨立的小鼠。

i，在F13-PEI/Mem +抗ctla4聯合治療後，用抗cd8a或同型單克隆抗體預處理荷瘤小鼠的遠處腫瘤生長曲線。b,f,i，數據以各組平均s.e.m.c g,i, n = 6隻生物獨立小鼠表示。採用Kaplan Meier法獲得d、g、生存曲線，並採用log-rank檢驗進行比較。

4、基於氟聚合物的個性化納米疫苗治療術後原位乳腺腫瘤轉移（圖6）

▲圖6 F13-PEI/Mem納米疫苗協同ICB治療和長期記憶免疫反應治療原位4T1腫瘤術後。

a，在原位4T1乳腺腫瘤模型中使用抗CTLA4治療抑制自發腫瘤轉移的術後個性化疫苗示意圖。

b表示，體內生物發光圖像跟蹤4T1-luc乳腺癌細胞的轉移手術後(每組8隻老鼠只有6給出了由於有限圖空間)。

c，各種術後治療後發生自發轉移的原位4T1腫瘤小鼠生存情況(每組8隻生物獨立小鼠)。d-j，術後聯合F13-PEI/Mem+抗CTLA4治療後存活的小鼠在第120天再次接受4T1-Luc細胞挑戰。與年齡匹配但未治療的小鼠作為對照組。

d、e、小鼠腫瘤生長曲線(d)和無病生存(e)(每組n = 5隻生物獨立小鼠)。

c、e、生存曲線表示，使用Kaplan Meier方法獲得，並採用log-rank檢驗進行比較。第120天，在再次挑戰繼發腫瘤小鼠前，用流式細胞術(CD3+CD8+ T細胞門控)分析外周血中代表性的流點圖(f)和TEM (g)和TCM (h)的統計數據。小鼠繼發腫瘤再次挑戰7天後分離的小鼠血清中i、j、TNF-α和IFN- γ (j)水平。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41565-020-00781-4

作者簡介

劉莊

2004年北京大學化學與分子工程學院獲理學學士學位；2008年美國史丹福大學(Stanford University)獲得化學博士學位；2008年至2009年在史丹福大學化學系以及醫學院從事博士後研究。2009年6月加入蘇州大學功能納米與軟物質研究院，被聘為教授，博士生導師。

課題組網頁：

http://nano.suda.edu.cn/lz/

主要成果和貢獻:

近年來在生物材料與納米醫學領域從事研究，圍繞腫瘤診療中的若干挑戰性問題，發展了一系列新型納米探針用於體外生物檢測與活體分子影像，並探索了多種基於納米技術和生物材料的腫瘤光學治療、放射治療、免疫治療等新策略。共發表學術論文320餘篇，論文總引用超過55,000次，SCI H-index =123。2014年起連續入圍Elsevier出版社發布的「中國高被引用學者榜單」（材料科學類）；2015年起連續入選美國美國科睿唯安（原湯森路透集團）公布的「全球高被引科學家名單」（Highly Cited Researchers）（化學、材料）。

第二篇，黃勁松Nature Energy：鈣鈦礦型太陽能電池組件中鉛與大量廉價的陽離子交換樹脂的結合

▲第一作者：Shangshang Chen

通訊作者：Jinsong Huang（黃勁松）

第一單位：北卡羅來納大學

DOI：https://doi.org/10.1038/s41560-020-00716-2

研究背景

鈣鈦礦光伏技術商業化的主要關注點是水溶性滷化鉛鈣鈦礦中鉛的毒性，因為鉛可汙染環境。

本文亮點

1. 本文報告了一種基於大量的、低成本並且化學穩定性強的陽離子交換樹脂（CER）的製備方法。該樹脂可以減輕鈣鈦礦太陽能電池組件在惡劣的天氣條件下的鉛洩漏的情況。

2. 由於介孔結構中的鉛離子具有比較高的結合能，CERs在水中對鉛具有很高的吸附容量和吸附速率。將CER與碳電極集成在一起，然後將其層疊在組件的玻璃表面上，這樣對器件效率的影響可忽略不計同時可以將鈣鈦礦微型組件在水中的鉛洩漏減少62倍，即減少到14.3 ppb。即使在每個子模塊都損壞的最壞情況下，經CER處理過的大面積受損的鈣鈦礦太陽能電池板的模擬情況下的鉛洩漏也可以進一步降低到7.0ppb以下。

圖文解析

▲圖1 | CER中的鉛吸附特性

要點：

● 集成在電極中的CER可以將太陽能電池中滲透出來的鉛離子吸收。（圖a）

● CER的溫度越高，對鉛離子吸收的吸收速率越快（20-60℃），水溶液中鉛的最大吸附能力為410 mg 。（圖c）

▲圖2 | PSC(鈣鈦礦太陽能電池)上CER的表徵

▲圖3 | 帶有CER塗層的鈣鈦礦型太陽能微型模塊中的鉛吸附情況

要點：

● 實驗了三種情況：情況1：電池兩面均無使用CER塗層；情況2：電池一面使用CER塗層，另一面未使用；情況3：電池兩面均使用CER塗層。結果顯示：兩面均使用CER塗層可以大幅降低（98%以上）鉛的洩漏。

▲圖4 | 帶有CER的碳電極在PSC中的鉛吸附情況

要點：

● 具有10％和20％CER的碳膜在很大程度上保持了純碳電極的電導，而50％CER則顯著降低了碳電極的電導（圖b）；

● CER之所以能和碳電極相結合是因為碳電極是相對的多孔材料，所以CER納米顆粒可以附著在碳電極的多孔結構中（圖d右）；

● 適量的CER添加到碳電極中不會降低電池效率；

● 在碳電極和玻璃表面上均使用CER，可將有效地減少98％鉛洩漏。

▲圖5 |損壞的鈣鈦礦型太陽能電池板上的鉛洩漏模擬

結語

本文報告了一種基於CER的低成本方法，可用於防止鈣鈦礦組件損壞導致的鉛洩漏。 金屬電極太陽能電池組件表面上的鉛吸附劑塗層（CER）可以有效地減少與溫度無關的鉛洩漏。將CER集成到碳電極中並層疊在玻璃表面上，可將碳基微型模塊的鉛洩漏量降低至14.3 ppb，這個鉛濃度低於飲用水中鉛的安全水平，是安全的。 即使在最壞的情況下，通過對大型受損太陽能電池板的仿真也獲得了令人鼓舞的結果（鉛洩漏量<7.0 ppb）。 本工作不是探索無鉛成分或減少鈣鈦礦太陽能電池中鉛的含量，而是通過防止鉛從受損的鈣鈦礦太陽能電池中洩漏而減少有害鉛的影響，從而開闢一條途徑，並將加速鈣鈦礦光伏技術的商業化。

原文連結：

https://www.nature.com/articles/s41560-020-00716-2

第三篇，羅健平Nature Chemistry：通過在共價有機骨架主鏈中嵌入偽輪烷來分隔其層間空間

▲第一作者：Xing Li

通訊作者：Kian Ping Loh（羅健平）

第一單位：新加坡國立大學

DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-020-00562-5

研究背景

具有單層或幾層結構的共價有機骨架（COF）是一個很有吸引力的二維材料平臺，通過對COF構件的精心設計，可以為定製具有特定功能和孔結構的工藝提供技術背景。但是，儘管已經合成了具有多層結構的COF，但是將它們的層間堆疊切開以獲得均勻厚度的COF片的方法仍然存在空白。

本文亮點

本文通過將偽輪烷單元納入COF骨架來劃分COF中的層間空間，並且將基於冠醚的大環主體嵌入二位或四位醯肼結構單元中，同時讓其與三接頭醛連接基反應形成基於醯基層的層狀COF結構。其中雙底大環結構的一個基面由一層組成，或者由其四位對應物共價結合在一起的兩個相鄰層組成。 當引入紫精穿線裝置時，主體-客體複合物的形成促進了COF自剝離為晶體單層或雙層結構的過程。

圖文解析

▲圖1 | 設計和構建具有共價鍵同時層數明確的自剝落COF的一般策略。

要點：

● 傳統的構造具有特定層數的2D COF結構是利用機械鍵合的方法（圖a）。

● 本文提出的是通過插入離子線（2P）構造自剝離的COF雙層結構（圖b），其工藝路線如下：

步驟1：SA（2,4,6-三甲醯苯酚）和CyHz1（四位接頭）在加入離子線（2P）的情況進行組合，形成具有共價健的層堆積結構，這裡以兩層為一個結合單元，並且層與層之間由於離子線之間存在靜電排斥力因此沒有緊密接觸。

步驟2：具有共價健的層堆積結構在溶劑中失去結合單元之間的離子線從而製備出每一個結合單元層自行分離的COF雙層結構。

▲圖2 | 合成具有大環和假輪烷的COF結構的示意圖。

要點：

● 基於大環結構的COF-1（MCOF-1）的合成原理：兩個CyHz1將兩個相鄰的COF層緊密連接在一起。（圖a上）

● 基於偽輪烷的COF-1（RCOF-1）的合成原理：兩個CyHz1將兩個相鄰的COF層不那麼緊密連接在一起，這裡的不那麼緊密是因為在兩個CyHz1結構中插入了一個易脫離的MVPF6 。（圖a下）

● 同理，基於大環結構的COF-0和基於偽輪烷的COF-0（RCOF-0）的原理和上述類似，只是將CyHz1改成CyHz0 。

▲圖3 | RCOF-1中MCOF-1結晶度和偽輪烷絡合的表徵圖。

▲圖4 | RCOF-1的剝落及其結晶性表徵。

▲圖5 | RCOF-0和RCOF-1的AFM研究。

結語

本文報告了一種通過將偽輪烷部分整合到2D COF骨架功能中來破壞其骨架中堆疊順序的策略。這個方法對於可擴展的厚度並且可控的單層COF結構的生產非常有用。通過將第n層COF結構與適當長度的分子互鎖，可以將COF結構中的層與層的空間劃分為第n層厚度的可分離偽單元，這意味著使用該方法可使確定厚度的2D有機板在液體中比較容易脫落。從晶體工程的角度來看，假輪烷2D COF在分子機器和2D材料之間架起了橋梁。

原文連結：

https://doi.org/10.1038/s41557-020-00562-5