复旦大学材料科学系步文博

nuli

步文博，复旦大学材料科学系教授、博士生导师，曾入选Clarivate Analytics（科睿唯安）全球高被引科学家，兼任中国生物材料学会影像材料与技术分会副主任委员、中国生物材料学会理事等。围绕“多模态影像与多功能肿瘤治疗的高效融合”关键科学问题，实验室人员在新型功能材料的设计与制备及生物应用中，做出了系统性创新工作：（1）揭示了稀土无机影像探针的磁共振影像机理，构建了基于稀土功能材料的系列新型多模态影像探针，实现了单一探针的结构影像和功能影像的高效融合与协同增强成像。（2）发现了稀土功能材料的“放疗增敏效应”，提出了“克服乏氧、利用乏氧、规避乏氧”三类材料设计策略，实现了精准影像介导下的多功能协同增强的乏氧肿瘤高效治疗；（3）提出了“化学动力学疗法”和“离子干扰疗法”新概念，拓展了无机功能材料用于“肿瘤饥饿疗法”新思路，实现了基于肿瘤微环境特异性诱导激活的高效治疗。该系列研究为解决“常规医学影像探针性能低、常规肿瘤治疗技术（化疗、放疗）固有缺陷”等临床医学瓶颈问题提供了新的研究思路。


步文博
教授
电话：021-62232170
邮箱：wbbu@fudan.edu.cn
办公地点：复旦大学（江湾校区）化学楼B6075
课题组主页：http://faculty.fudan.edu.cn/buwenbo/zh_CN/index.htm


教育和工作经历
2020/03- 至今， 复旦大学材料科学系，教授、博士生导师
2017/09-2020/02，上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室，常务副主任
2016/03-2020/02，华东师范大学化学与分子工程学院，教授、博士生导师
2011/10-2016/02，高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室，副主任
2010/02-2010/08，The University of Queensland，高级研究学者
2008/09-2016/02，中国科学院上海硅酸盐研究所，研究员、博士生导师
2002/08-2008/08，中国科学院上海硅酸盐研究所，博士后、助研、副研究员
1997/09-2002/06，南京工业大学，材料学，博士学位
1993/09-1997/07，齐鲁工业大学，材料学，学士学位


研究方向
材料生物学（材料物理与化学，材料学）：
1. 新型光/电/磁功能材料的合成方法学研究;
2. 稀土功能材料的光磁学、分子影像学与肿瘤诊疗研究；
3. 新型功能材料用于脑科学研究（神经显像与神经调控）。


课题组的研究方向为无机生物化学与医用功能材料，是材料学、化学、物理学、生物学、医学等多学科综合交叉领域的前沿研究。拟招收材料学、化学、物理、生物及生命科学（医/药）等相关专业方向的硕士生、博士生及博士后科研人员。
欢迎具有材料学、化学、物理学、生物学、生命科学（医/药）等专业背景的博士生、硕士生、本科生等科研人员到本研究组学习、交流、访问。


主讲课程
《材料生物学前沿进展》


主要荣誉和奖励
课题组PI步文博教授，曾获得国家杰出青年科学基金、科技部中青年科技创新领军人才、上海市优秀学术带头人等人才计划。
2019年，入选 Clarivate Analytics（科睿唯安）全球高被引科学家
2017年，入选“国家自然科学基金委杰出青年科学基金”
2017年，入选科技部“中青年科技创新领军人才计划”
2016年，入选“上海市优秀学术带头人计划”
2012年，入选“上海市青年科技启明星跟踪计划”
2012年，入选“上海市人才发展资金计划”
2012年，获“中国科学院上海分院第三届杰出青年科技创新人才提名奖”
2008年，获“第五届柳大纲优秀青年科技奖”
2007年，入选“上海市青年科技启明星计划（A类）”
2004年，获“国防科学技术二等奖”（排名第三）


项目合作单位
复旦大学附属肿瘤医院
复旦大学附属华山医院
复旦大学附属华东医院
复旦大学放射医学研究所
同济大学附属第十人民医院
第二军医大学附属长海医院
National University of Singapore
The University of Queensland, Australia
University of Technology Sydney, Australia


学术组织兼职
中国生物材料学会影像材料与技术分会副主任委员、中国生物材料学会理事、中国生物医学工程学会生物材料分会委员、中国生物材料学会青年委员会委员、新型电子元器件基础材料及精细工艺国家重点实验室学委会委员、中国材料学会特种陶瓷分会理事、中国硅酸盐学会薄膜与涂层分会理事、中国研究型医院学会消化内镜分子影像学专业委员会常务委员；国际学术期刊“Bioconjugate Chemistry”、“Recent Patents on Materials Science”、“American Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging”、“Reviews in Nanoscience and Nanotechnology”等编委。


近5年代表性论著
近年来，研究工作聚焦于新型无机功能材料的结构设计、化学可控合成及其生物医学应用的基础研究，选择稀土和过渡金属化合物为主要材料体系，围绕无机生物材料的“多模态影像与多功能治疗的高效融合”关键科学问题，在新型稀土及过渡金属功能材料的设计与制备中做出了系统性创新工作：（1）揭示了Gd基无机影像探针的磁共振影像机理，构建了基于稀土功能材料的系列新型多模态影像探针，实现了单一探针的结构影像和功能影像的高效融合与协同增强成像；提出了纳米CT负造影剂的新概念，使得利用CT负造影剂检测无腔实体肿瘤成为可能。（2）发现了稀土功能材料的“放疗增敏效应”，提出了“克服乏氧、利用乏氧、规避乏氧”三类材料设计策略，实现了精准影像介导下的多功能协同增强的乏氧肿瘤高效治疗；提出了“化学动力学疗法”和“离子干扰疗法”新概念，拓展了无机功能材料用于“肿瘤饥饿疗法”新思路，实现了基于肿瘤微环境特异性诱导激活的高效治疗。（3）发展了系列近红外光激发的新型UCNP影像探针，实现了实时动态影像检测活体脑神经活动、脊髓神经损伤的高效修复和功能恢复。该系列研究为解决“常规医学影像探针性能低、常规肿瘤治疗技术（化疗、放疗）固有缺陷、脑神经影像和调控”等临床医学瓶颈问题提供了新的研究思路。
近五年内，步文博作为通讯作者在“Nature Nanotechnology”、“Chem”、“Sci. Adv.”、“J. Am. Chem. Soc.”、“Angew. Chem. Int. Ed.”、“Adv. Mater.”等国际核心SCI学术期刊上发表研究论文60余篇，受邀著名综述类学术期刊“Acc. Chem. Res.”、“Chem. Rev.”、“Chem. Soc. Rev.”等撰写5篇专题综述论文，论文SCI他引10900余次，入选Clarivate Analytics（科睿唯安）全球高被引科学家（2019）；其中，1篇研究论文入选“2012年中国百篇最具影响国际学术论文”，18篇研究论文入选ESI “Highly Cited Papers”，10篇研究论文被 Nature/SciBX、Chemical& Engineering News、ChemistryViews、Asian Scientist、ChemistryWorld、Phys.org等国际著名专业新闻媒体作为研究亮点进行了专题报道和评述。获授权中国发明专利多项。


近五年内，代表性综述论文列表：
1. Yanyan Liu, Yaqin Jiang, Meng Zhang, Zhongmin Tang, Mingyuan He, Wenbo Bu*.
Modulating Hypoxia via Nanomaterials Chemistry for Efficient Treatment to Solid Tumors.
Accounts of Chemical Research, 2018, 51(10), 2502-2511. (Invited Review).
2. Jianan Liu, Wenbo Bu*, Jianlin Shi*.
Silica Coated Upconversion Nanoparticles: A Versatile Platform for the Development of Efficient Theranostics.
Accounts of Chemical Research, 2015, 48 (7): 1797–1805. (Invited Review).
3. Jianan Liu, Wenbo Bu*, Jianlin Shi*.
Chemical Design and Synthesis of Functionalized Probes for Imaging and Treating Tumor Hypoxia.
Chemical Reviews, 2017, 117(9): 6160-6224. (Invited Review)
4. Dalong Ni, Wenbo Bu*, Weibo Cai, Jianlin Shi*.
Engineering of Inorganic Nanoparticles as Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents.
Chemical Society Reviews, 2017, 46, 7438–7468. (Invited Review)
5. Yanyan Liu, Xianfu Meng, Wenbo Bu*.
Upconversion-based Photodynamic Cancer Therapy.
Coordination Chemistry Reviews, 2019, 379, 82-98. (Invited Review).
6. Zhongmin Tang, Yanyan Liu, Mingyuan He, Wenbo Bu*.
Chemodynamic Therapy: Tumour Microenvironment-Mediated Fenton and Fenton-like Reaction.
Angewandte Chemie-International Edition, 2019, 58 (4), 946-956. (Invited Review)
7. Wenpei Fan, Wenbo Bu*, Jianlin Shi
On The Latest Three-Stage Development of Nanomedicines Based on Upconversion Nanoparticles.
Advanced Materials, 2016, 28, 3987–4011. (Invited Review)




近五年内，部分代表性研究论文列表：
1. Chen Zhang, Dalong Ni, Yanyan Liu, Heliang Yao, Wenbo Bu*, Jianlin Shi*.
Magnesium silicide nanoparticles as a deoxygenation agent for cancer starvation therapy.
Nature Nanotechnology, 2017, 12 (4), 378-386.
2. Meng Zhang, Ruixue Song, Yanyan Liu, Zhigao Yi, Xianfu Meng, Jiawen Zhang, Zhongmin Tang, Zhenwei Yao, Yang Liu, Xiaogang Liu* and Wenbo Bu*
Calcium Overload-Mediated Tumor Therapy by Calcium Peroxide Nanoparticles.
Chem, 2019, 5 (8): 2171-2182.
3. Yaqin Jiang, Pengfei Fu, Yanyan Liu*, Chaochao Wang, Peiran Zhao, Xu Chu, Xingwu Jiang, Wei Yang, Yelin Wu, Ya Wang, Guohua Xu*, Jin Hu, Wenbo Bu*
Near-infrared Light-Triggered NO Release for Spinal Cord Injury Repair.
Science Advances, 2020, 6, abc3513. (In Press)
4. Jianan Liu, Limin Pan, Chunfeng Shang, Bin Lu, Rongjie Wu, Yun Feng, Weiyu Chen, Rongwei Zhang, Jiwen Bu, Zhiqi Xiong, Wenbo Bu*, Jiulin Du,* and Jianlin Shi*
A highly sensitive and selective nanosensor for near-infrared potassium imaging
Science Advances, 2020, 6 (16), eaax9757.
5. Jianan Liu, Rongwei Zhang, Chunfeng Shang, Yu Zhang, Yun Feng, Limin Pan, Bing Xu, Taeghwan Hyeon, Wenbo Bu*, Jianlin Shi* and Jiulin Du*
Near-infrared voltage nanosensors enable real-time imaging of neuronal activities in mice and zebrafish.
Journal of the American Chemical Society, 2020, 142, 7858-7867.
6. Baojin Ma, Shu Wang, Feng Liu, Shan Zhang, Jiazhi Duan, Zhao Li, Ying Kong, Yuanhua Sang, Hong Liu*, Wenbo Bu*, and Linlin Li*
Self-Assembled Copper-Amino Acid Nanoparticles for In Situ Glutathione “AND” H2O2 Triggered Chemodynamic Therapy.
Journal of the American Chemical Society, 2019, 141 (2), 849-857.
7. Chen Zhang, Wenbo Bu*, Dalong Ni, Changjing Zuo, Chao Cheng, Qing Li, Linlin Zhang, Zheng Wang, Jianlin Shi*.
A Polyoxometalate Cluster Paradigm with Self-Adaptive Electronic Structure for Acidity/Reducibility-Specific Photothermal Conversion.
Journal of the American Chemical Society, 2016, 138 (26), 8156–8164.
8. Jianan Liu, Yong Liu, Wenbo Bu*, Jiwen Bu, Yong Sun, Jiulin Du, Jianlin Shi*.
Ultrasensitive Nanosensors Based on Upconversion Nanoparticles for Selective Hypoxia Imaging in Vivo upon Near-Infrared Excitation.
Journal of the American Chemical Society, 2014, 136 (27), 9701–9709.
9. Qingfeng Xiao, Xiangpeng Zheng, Wenbo Bu*, Weiqiang Ge, Shengjian Zhang, Feng Chen, Huaiyong Xing, Qingguo Ren, Wenpei Fan, Kuaile Zhao, Yanqing Hua, Jianlin Shi*.
A Core/Satellite Multifunctional Nanotheranostic for in Vivo Imaging and Tumor Eradication by Radiation/Photothermal Synergistic Therapy.
Journal of the American Chemical Society, 2013, 135 (35), 13041-13048.
10. Wenpei Fan, Bo Shen, Wenbo Bu*, Feng Chen, Kuaile Zhao, Shengjian Zhang, Liangping Zhou, Weijun Peng, Qingfeng Xiao, Huaiyong Xing, Jianan Liu, Dalong Ni, Qianjun He, Jianlin Shi*.
Rattle-Structured Multifunctional Nanotheranostics for Synergetic Chemo-/Radiotherapy and Simultaneous Magnetic/Luminescent Dual-Mode Imaging.
Journal of the American Chemical Society, 2013, 135 (17), 6494-6503.
11. Ruixue Song, Han Wang, Meng Zhang, Yanyan Liu, Xianfu Meng, Shaojie Zhai, Chaochao Wang, Teng Gong, Yelin Wu, Xingwu Jiang, Mingyuan He, Wenbo Bu*
Near-infrared Light-triggered Chlorine Radicals (•Cl) Stress for Cancer Therapy.
Angewandte Chemie-International Edition, 2020, 10.1002/anie.202007434.
12. Yanli Li, Peiran Zhao, Teng Gong*, Meng Zhang, Hui Cheng, Yanyan Liu, Yelin Wu*,Wenbo Bu*.
Redox Dyshomeostasis Strategy for Hypoxia Tumor Therapy.
Angewandte Chemie-International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202003653.
13. Chen Zhang, Wenbo Bu*, Dalong Ni, Shenjian Zhang, Qing Li, Zhenwei Yao, Jiawen Zhang, Heliang Yao, Zheng Wang, Jianlin Shi*
Synthesis of Iron Nanometallic Glasses and Their Application in Cancer Therapy by a Localized Fenton Reaction.
Angewandte Chemie-International Edition, 2016, 55, 2101-2106.
14. Wenpei Fan, Wenbo Bu*, Zhen Zhang, Bo Shen, Hui Zhang, Qianjun He, Dalong Ni, Zhaowen Cui, Kuaile Zhao, Jiwen Bu, Jiulin Du, Jianan Liu, Jianlin Shi*.
X-ray Radiation-Controlled NO-Release for On-Demand Depth-Independent Hypoxic Radiosensitization.
Angewandte Chemie-International Edition, 2015, 54, 14026–14030.
15. Yanyan Liu, Yong Liu, Wenbo Bu*, Chao Cheng, Changjing Zuo, Qingfeng Xiao, Yong Sun, Dalong Ni, Chen Zhang, Jianan Liu, Jianlin Shi*.
Hypoxia Induced by Upconversion-Based Photodynamic Therapy: Towards Highly Effective Synergistic Bioreductive Therapy in Tumors.
Angewandte Chemie-International Edition, 2015, 54, 8105–8109.
16. Chen Zhang, Kuaile Zhao, Wenbo Bu*, Dalong Ni, Yanyan Liu, Jingwei Feng, Jianlin Shi*.
Marriage of Scintillator and Semiconductor for Synchronous Radiotherapy and Deep Photodynamic Therapy with Diminished Oxygen Dependence.
Angewandte Chemie-International Edition, 2015, 54: 1770–1774.
17. Jianan Liu, Jiwen Bu, Wenbo Bu*, Shengjian Zhang, Limin Pan, Wenpei Fan, Feng Chen, Liangpin Zhou, Weijun Peng, Kuaile Zhao, Jiulin Du, Jianlin Shi*.
Real-Time In Vivo Quantitative Monitoring of Drug Release by Dual-Mode Magnetic Resonance and Upconverted Luminescence Imaging．
Angewandte Chemie-International Edition, 2014, 53, 4551-4555.
18. Jianan Liu, Wenbo Bu*, Limin Pan, Jianlin Shi*.
NIR-Triggered Anticancer Drug Delivery by Upconverting Nanoparticles with Integrated Azobenzene-Modified Mesoporous Silica.
Angewandte Chemie-International Edition, 2013, 52, 4375-4379.
19. Zhongmin Tang, Yanyan Liu, Dalong Ni, Jiajia Zhou, Meng Zhang, Peiran Zhao, Bin Lv, Han Wang, Dayong Jin, Wenbo Bu*
Biodegradable Nanoprodrugs: Delivering ROS To Cancer Cells For Molecular Dynamics Therapy.
Advanced Materials, 2020, 32 (4), 1904011.
20. Zhongmin Tang, Huilin Zhang, Yanyan Liu, Dalong Ni, Hua Zhang, Jiawen Zhang, Zhenwei Yao, Mingyuan He, Jianlin Shi, Wenbo Bu*.
Antiferromagnetic pyrite as the tumor microenvironment-mediated nanoplatform for self-enhanced tumor imaging and therapy.
Advanced Materials, 2017, 29, 1701683.
21. Wenpei Fan, Wenbo Bu*, Bo Shen, Qianjun He, Zhaowen Cui, Yanyan Liu, Xiangpeng Zheng, Kuaile Zhao, Jianlin Shi*.
Intelligent MnO2 Nanosheets Anchored with Upconversion Nanoprobes for Concurrent pH-/H2O2-Responsive UCL Imaging and Oxygen-Elevated Synergetic Therapy.
Advanced Materials, 2015, 27, 4155–4161.
22. Huaiyong Xing, Shengjian Zhang, Wenbo Bu*, Xiangpeng Zheng, Lijun Wang, Qingfeng Xiao, Dalong Ni, Jiamin Zhang, Liangping Zhou, Weijun Peng, Kuaile Zhao, Yanqing Hua, Jianlin Shi*.
Ultrasmall NaGdF4 Nanodots for Efficient MR Angiography and Atherosclerotic Plaque Imaging．
Advanced Materials, 2014, 26, 3867–3872.

nuli

肿瘤微环境与肿瘤的发生、发展、侵袭和转移等密切相关，详细了解肿瘤微环境的动态变化对于实现肿瘤高效治疗至关重要。近年来，随着纳米CT负造影剂概念的提出以及新型能谱CT技术的迅猛发展， CT功能纳米造影剂（FCTNAs）在精准检测肿瘤微环境方面表现出巨大的潜力。复旦大学材料科学系步文博教授团队，系统综述了近年来FCTNAs在检测肿瘤微环境方面的研究进展，主要包括：利用FCTNAs检测肿瘤区过表达的受体、谷胱甘肽、酶、酸性和乏氧等微环境；同时，展望了FCTNAs与新型能谱CT技术相结合在精准检测肿瘤微环境方面的优势。该综述将有望拓展CT造影剂精准检测肿瘤的研究思路，并对材料、化学、生命科学和医学等多学科交叉研究具有借鉴意义。该论文发表于学术期刊：Advanced Healthcare Materials（DOI: 10.1002/adhm.202000912）。

       该综述论文主要包括如下内容：（1）受体靶向的FCTNAs：肿瘤过表达的受体与肿瘤侵袭和转移密切相关，通过构建特异性受体靶向的FCTNAs，可以实现肿瘤过表达受体微环境的灵敏监控。（2）pH响应型的FCTNAs：肿瘤组织异常的代谢，导致其微环境呈现为酸性，肿瘤酸性微环境又与肿瘤多药耐药性、侵袭和转移等密切相关，因此，构建pH智能响应型的FCTNAs，将有望实现肿瘤酸性微环境灵敏检测；尤其是随着纳米CT负造影剂概念的提出，将为FCTNAs精准检测肿瘤酸性微环境带来极大的研究空间。（3）谷胱甘肽响应型的FCTNAs：肿瘤区过表达的谷胱甘肽对于维持肿瘤的氧化还原平衡态具有十分重要的意义，借助于FCTNAs可以实现谷胱甘肽的灵敏监控。（4）酶响应型的FCTNAs：肿瘤区酶的异常表达也与肿瘤的侵袭和转移密切相关，借助于FCTNAs，将有望实现肿瘤区过表达酶的定性与定量检测。（5）乏氧响应型的FCTNAs：实体肿瘤在发展过程中，常常会出现乏氧区，严重阻碍肿瘤的有效治疗（比如化疗、放疗等），设计构建智能FCTNAs，用于实时动态监控肿瘤乏氧状态，具有非常重要的意义。（6）基于能谱CT的FCTNAs：针对近期CT新兴技术的发展，包括能谱CT等，展望了其结合CT功能纳米造影剂，精准监控肿瘤微环境的潜力。
       该综述论文对于未来设计智能响应型CT多功能纳米造影剂，实现肿瘤微环境的精准诊断，具有重要的借鉴意义。

boing

化学动力学疗法（Chemodynamic Therapy，CDT），是一类利用肿瘤微环境激活纳米药物芬顿（类芬顿）反应，产生强氧化性羟基自由基（∙OH），用于肿瘤特异性治疗的新型肿瘤治疗技术，自2016年由步文博教授和施剑林院士团队提出后（Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 2101），引起了国际医学界的广泛关注，并于2021年入选科睿唯安与中国科学院联合发布的《2021研究前沿》化学与材料科学领域的“重点热点前沿”研究方向。与传统的肿瘤治疗技术不同，CDT充分体现了芬顿化学、纳米科学与肿瘤医学的交叉融合，为解决临床肿瘤治疗瓶颈问题提供了新的研究范式。然而，当前CDT相关研究主要聚焦于如何提升纳米药物的芬顿反应效率，却在一定程度上忽视了CDT的学科交融特征，由此产生了一系列悬而未决的关键科学问题。例如，“动力学”的科学本质是什么？肿瘤内各类化学物质如何影响芬顿反应效果？肿瘤细胞内复杂的纳米材料与生物相互作用如何影响CDT疗效？在CDT介导肿瘤细胞死亡的过程中，究竟发生了哪些生化反应？是否存在针对不同肿瘤类型的CDT纳米药物设计指导原则？深入理解上述“交叉节点”关键问题，是揭示CDT完整机制和进一步推动其临床转化的重大挑战。
        近期，复旦大学材料科学系/聚合物分子工程国家重点实验室的步文博教授受邀权威期刊Angewandte Chemie International Edition，发表了题目为“A Forward Vision for Chemodynamic Therapy: Issues and Opportunities” 的学术见解（Scientific Perspectives）论文(Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202210415)，从芬顿化学、细胞生物学和纳米医学相结合的独特角度，凝练和总结了当前CDT研究面临的关键科学问题，解构了CDT的科学概念，并从学科交叉角度，前瞻性论述了CDT的未来研究方向和发展趋势。
        活性中间产物∙OH是连接CDT化学反应与生物学效应的关键。因此，CDT可被分解为以下两个动力学过程：（1）化学动力学过程，包括纳米材料产生∙OH涉及的所有化学反应；（2）生物动力学过程，包括∙OH所涉及的所有胞内生化反应及相应细胞响应行为。这两个过程内的时序性动态相互作用，包括纳米材料-细胞相互作用，纳米材料-胞内分子相互作用和分子-细胞相互作用，就是CDT过程的最小单元，即“动力学”特征的集中体现。由此，如能对CDT的每个最小单元使用经典的化学动力学和生物分子信号转导方法进行透彻解析，将有望最终解答CDT相关的系列关键科学问题。

图1. 化学动力学疗法：基于化学反应与生物效应的动态相互作用

       基于此，CDT未来探究方向包括：（1）从分子水平到电子水平解析化学动力学过程；即探究肿瘤微环境内化学分子（H+，H2O2，PO43-，-SH，-COOH等）和反应中心电子态（局域电荷密度，自旋态等）对纳米材料介导芬顿反应动力学的影响。（2）从时空特征揭示CDT生物动力学过程；即探究基于纳米材料物化特征的运动轨迹、∙OH时空分布动态过程与动力学参数；进一步分析特定时空分布的∙OH介导细胞内生化反应；最终明确∙OH时序性生化反应调控的生物学效应相关的信号通路。
       虽然CDT在机理认知和临床转化中仍存在挑战，但得益于材料化学、生物学和基础医学的蓬勃发展，CDT将极具发展潜力。从电子学角度重新认识芬顿反应，有望引入非金属材料作为反应中心高效产生∙OH，解决过量金属离子潜在的代谢毒性问题；CDT疗效与纳米材料胞内时空分布特征密切相关，可启发建立纳米药物与细胞的时空分布相互作用新机制，指导基于干扰细胞器时空串扰的下一代纳米药物，甚至发展基于时空可控生化反应的“细胞行为编辑”。后续工作对CDT完整机制的精准解析，将有望借助肿瘤全基因组测序技术，大数据和人工智能，建立联合肿瘤分型分期微环境化学特征、纳米材料时空分布特征和芬顿反应活性特征的纳米药物数据库，实现CDT治疗剂的定制化设计和精准医疗。
        该学术见解论文不仅系统凝练了CDT现阶段的关键科学问题，同时指明了该研究领域的未来发展方向，并为打破自然科学的多学科交叉壁垒树立了一个典范，有望促进材料学、化学、物理学、药学和生命医学等多学科的深度融合，从全新角度解决生命健康面临的重大科学问题。
        复旦大学材料科学系博士后赵沛然为论文第一作者，通讯作者为复旦大学材料科学系/聚合物分子工程国家重点实验室李慧妍博士和步文博教授。
据悉，作为德国化学学会(GDCh)的旗舰期刊Angewandte Chemie，于2021年设立Scientific Perspectives（学术见解）类型文章，是将基于现阶段的实验与理论成果，由领域内的领军专家撰写。该类文章旨在梳理化学领域内最新的研究工作。它们将会就最新的概念、技术手段、实验现象给出有见地的归纳总结，将化学研究者们关注的话题、领域与领域内的实践经验结合，进行讨论，并期待这类文章将会对领域的发展起到深远的影响。自2021年设立Scientific Perspectives至今，该类型论文总共仅发表7篇，该篇论文也是中国学者首次在Angew. Chem.发表Scientific Perspectives论文，凸显了该领域内中国学者的重要影响力。
论文信息：
A Forward Vision for Chemodynamic Therapy: Issues and Opportunities
Peiran Zhao, Huiyan Li*, Wenbo Bu*.
Angewandte Chemie International Edition, 2023, DOI: 10.1002/anie.202210415.
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210415

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5月26日上午上海市科学技术奖励大会上，2022年度上海市科学技术奖揭晓，共授奖316项（人）。中国科学院上海硅酸盐研究所作为第一完成单位，由步文博（复旦大学），施剑林，刘艳颜（复旦大学），刘佳男（中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心），郑向鹏（复旦大学附属华东医院）完成的《稀土上转换材料用于乏氧肿瘤诊疗研究》项目荣获上海市自然科学一等奖。
　　《稀土上转换材料用于乏氧肿瘤诊疗研究》项目基于临床乏氧肿瘤严重制约化疗和放疗疗效的瓶颈问题，以能量匹配及高效转换为设计原则，研发了系列稀土上转换基光功能材料，借助于发光共振能量转移效应，实现了活体组织内氧分布的实时高灵敏检测；提出了近红外光能量转换体调控局域氧浓度增效化疗的新策略，利用近红外光能量转换为分子马达机械能和光动力化学能，实现了光控分子马达精准控释药物和光动力化学反应调控局域氧浓度增效化疗药物疗效；发现了近红外-X光能量转换体激活催化放疗的放疗增敏新机制，提出了光动力过程介导的催化放疗增敏新疗法，从本质上突破了肿瘤乏氧对放疗疗效的限制，为临床乏氧肿瘤高效放化疗提供了材料学基础。

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近年来，化学动力学疗法（Chemodynamic Therapy, CDT）已成为材料化学和肿瘤医学等多学科交叉领域的研究热点，并于2021年入选科睿唯安与中国科学院联合发布的《2021研究前沿》中的“重点热点前沿”。CDT的作用机理主要是利用纳米材料在癌细胞内催化芬顿/类芬顿反应，分解过氧化氢（H2O2）生成强氧化性的羟基自由基（OH）杀死癌细胞。目前，针对CDT的研究主要集中于从材料设计的角度，提升过渡金属基芬顿催化剂的催化活性，以实现高效的CDT治疗；但依然受限于以下两方面的瓶颈：一是受限于芬顿反应的动力学过程缓慢的瓶颈，即过渡金属从高价态向低价态转化（限速步）的低反应速率，极大地限制了H2O2分解产生OH的效率；二是受限于癌细胞内H2O2的空间分布不均匀的瓶颈，严重限制了芬顿催化剂在癌细胞内低H2O2浓度区域产生OH的效率。因此，亟需从材料学角度设计新型纳米催化剂，既可规避经典芬顿反应的限速步，同时也可在癌细胞内低H2O2浓度区域高效产生OH，但依然面临着巨大挑战。
        近日，复旦大学材料科学系/聚合物分子工程国家重点实验室步文博教授、复旦大学附属华东医院郑向鹏教授和同济大学附属第十人民医院吴叶林研究员的合作团队，创新性地提出了构建“非金属芬顿活性中心”用于肿瘤化学动力学疗法的新策略，为解决上述瓶颈问题提供了新的机遇。采用改进的皮其尼柠檬酸盐凝胶法，制备了一系列基于钙钛矿结构的钡元素掺杂钛酸铋钠（Bi0.5-xNa0.5BaxTiO3-0.5x，BNBT-X）压电纳米晶体，利用低价Ba2+取代Bi3+的受主掺杂技术，可在BNBT-X晶体内巧妙构筑氧空位缺陷。值得关注的是，带正电的氧空位可以增强电子局域富集作用，成为催化过氧键断裂的活性位点，即为“非金属芬顿活性中心”。首先，利用医用超声波可引起压力变化的特性，诱导BNBT-X的晶体结构发生变化，通过调控材料内部的极化状态而形成内建电场。继而，内建电场可推动材料内部电子（e-）和空穴（h+）的高效分离，其中，电子可以向H2O2的过氧键转移而生成OH（H2O2 + H+ + e-OH + H2O），提升材料催化分解H2O2生成OH的类芬顿反应活性，巧妙规避了高价态过渡金属还原为低价态这一经典芬顿反应过程的限速步；同时，分离的空穴可以氧化H2O生成OH（H2O + h+OH + H+），通过利用细胞内分布最为广泛的H2O作为OH的额外来源，解决了传统CDT纳米药物在癌细胞内低H2O2浓度区域产生OH效率低的瓶颈。实验结果表明，BNBT-6中构筑的氧空位可有效降低H2O2和H2O的解离能，赋予了材料在超声波激发下显著提升癌细胞全域内OH产率的能力，加剧了癌细胞的氧化应激，并可激活一种独特的细胞程序性死亡路径（坏死性凋亡），实现了对癌细胞的高效杀伤。

图例：构建“非金属芬顿活性中心”策略用于肿瘤化学动力学疗法示意图

       该研究提出的构建“非金属芬顿活性中心”用于肿瘤化学动力学疗法的创新策略，不仅规避了常规CDT中过渡金属从高价态转化为低价态的反应速率低的限速步，同时也突破了基于过渡金属的芬顿反应催化效率严重受限于癌细胞内H2O2空间分布的瓶颈，激活独特的坏死性凋亡途径杀伤肿瘤细胞。从材料化学的角度，该研究提出的材料电子结构调控新策略，有望为用于CDT的纳米药物设计提供借鉴性思路；从生物学的角度，该研究揭示的独特坏死性凋亡机制，有望为治疗凋亡抵抗性肿瘤的新药物设计带来启示。
       该研究成果获得了编辑和审稿专家的高度认可，并推荐快速发表于Advanced Materials。复旦大学材料科学系博士后吴际越（现为中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员）、同济大学附属第十人民医院孟云和复旦大学材料科学系博士生吴帆为论文共同第一作者；步文博教授、郑向鹏教授和吴叶林研究员为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金重点项目、上海市教委创新重大基础项目等经费支持。
      论文信息：
      Ultrasound-Driven Non-Metallic Fenton-Active Center Construction for Extensive Chemodynamic Therapy.
Jiyue Wu†, Yun Meng†, Fan Wu†, Jieyun Shi, Qingwen Sun, Xingwu Jiang, Yanyan Liu, Peiran Zhao, Qiao Wang, Lehang Guo, Yelin Wu*, Xiangpeng Zheng* and Wenbo Bu*
       Advanced Materials2023, DOI: 10.1002/adma.202307980.