纳米生物医用材料的探索者

　　随着科技的飞速发展，纳米材料在能源、环境、通信、生物医学等各领域得到了广泛应用，尤其在与人类健康息息相关的生物医学领域，在如肿瘤、干细胞、神经、炎症等多个学科展示出了巨大的应用价值与潜力。可以说，纳米科学与技术对医学发展具有十分重要的推动作用。随着国内外对纳米生物医学应用研究的投入越来越大，我国也对此投入了巨大的人力物力，同济大学医学院研究员霍敏锋凭借敏锐的观察力和执着的科研精神，取得多项科研创新成果，为我国纳米生物医学的发展做出了突出贡献。

　　霍敏锋2014 年本科毕业于中国地质大学（武汉），获工学学士（材料科学与工程）学位，2019 年6 月于中国科学院上海硅酸盐研究所博士毕业，师从我国著名无机化学家、中国科学院院士施剑林，毕业后他留组开展博士后研究工作，入选上海市青年科技启明星项目、国家博士后创新人才支持计划，取得国家自然科学基金青年基金、中国博士后基金会面上资助、中国科学院上海硅酸盐研究所创新前瞻培育项目及中国科学院上海硅酸盐研究所国家重点实验室主任青年基金等多个科研项目资助。2022 年3 月，霍敏锋以优秀博士后出站后被聘为同济大学青年百人计划特聘研究员，全职加入同济大学医学院，继续聚焦纳米生物材料的可控制备及纳米催化医学治疗的生物医学应用开展研究工作。

　　剑指医学难题 层层突破

　　随着现代社会的进步和生活水平的提高，人们对于健康的追求和医学发展之间的矛盾日益突出，恶性肿瘤严重威胁着人类的生命健康。常规肿瘤化疗采用高毒性化学药物，杀死癌细胞的同时无差别地损伤正常细胞；临床医学亟需发展一种能特异性高效杀死肿瘤细胞，而对正常组织和器官无明显毒副作用的新型治疗策略。

　　面对这一难题，霍敏锋在导师施剑林院士的指导下率先开展课题研究工作，经过一年多时间的攻关，这项研究工作终于在2017 年8 月以Tumor-selective catalytic nanomedicine by nanocatalyst delivery 为题发表在国际高水平杂志《自然·通讯》上。据第一作者霍敏锋介绍，在这项工作中，他们合成了一种枝状介孔二氧化硅纳米粒子作为药物输运载体，并使其依次负载超小四氧化三铁纳米粒子和葡萄糖氧化酶，从而构建出一种可发挥连锁催化作用的新型纳米催化剂GODFe3O4@ DMSNs（GFD 纳米催化剂）。该纳米催化剂中的葡萄糖氧化酶是一种高活性有机酶，四氧化三铁纳米粒子则是一种高效、高稳定性的芬顿反应催化剂。在肿瘤细胞旺盛的葡萄糖供应及微酸性的代谢微环境下，葡萄糖氧化酶选择性地催化肿瘤内的葡萄糖生成过氧化氢与葡萄糖内酯，过氧化氢作为下一步芬顿催化反应的反应物，在酸性条件下被四氧化三铁纳米粒子催化生成高细胞毒性的活性氧物种——羟基自由基。这些高氧化性的羟基自由基可以高效诱导肿瘤细胞的凋亡。体内动物实验结果显示，GFD 纳米催化剂对健康的小鼠在1 个月内没有不良影响，表明其具有良好的体内生物安全性。在荷瘤鼠的体内治疗研究中发现，GFD 纳米催化剂对于4T1 乳腺癌肿瘤和U87 脑胶质瘤肿瘤的抑制效率分别达 64.67 % 和57.24 %，表明该纳米催化剂具有较好的肿瘤杀伤和抑制能力。

　　该项工作实现了安全无毒性的纳米催化医学材料在肿瘤微环境刺激下通过连锁催化反应原位生成有毒物质进而杀伤肿瘤，为未来的肿瘤精准治疗提供了全新的纳米催化医学策略，得到了广大同行的认可。论文发表至今他引870 余次，是ESI 高被引论文，这项研究工作也为“纳米催化医学”研究方向奠定了扎实的基础。

　　取得这一研究成果后，霍敏锋继续围绕“纳米催化医学”前沿领域的多个关键科学问题开展基础研究，取得多项学术成果。比如，他注意到，传统芬顿催化剂的催化活性低，催化治疗效果不足。为了解决这一关键问题，霍敏锋在后续的研究工作中提出“单原子纳米催化肿瘤治疗”新策略，探索单原子铁纳米催化剂的体内非均相芬顿催化肿瘤治疗、抗菌、抗感染领域应用。他还聚焦基于外场激光激发的纳米催化医学领域的研究问题——需氧光动力学肿瘤治疗与肿瘤组织乏氧的矛盾，创新性地通过将光敏剂负载到蓝藻微生物的表面以构建光敏蓝藻，提出光敏- 光合连锁策略，为克服II 型光敏剂的氧依赖及其肿瘤治疗提供一种基于生物放氧的增效治疗方案，具有较好的临床应用价值。围绕无机纳米催化材料肿瘤治疗的机制不明确这一关键科学问题，霍敏锋开展研究工作探究纳米催化诱导细胞铁死亡、细胞焦亡及其相关分子机制，明确纳米催化肿瘤治疗可通过自由基物种、线粒体调控等相关途径诱导多种细胞程序性死亡方式，深入拓展了纳米催化医学领域的分子机制研究。可见，面对科研难题，霍敏锋总是勇于“亮剑”，并取得最终的胜利。

　　以梦为马前行 攻克难题

　　进入同济大学医学院工作，是霍敏锋的梦想。一直以来，他都在渴望进入这所历史悠久、声誉卓著的高等学府，面向人民生命健康，从事生物医学材料的前沿研究工作，造福民生与社会。而开启这扇梦想的大门，离不开博士导师及博士后合作导师施剑林院士对他的细心栽培与关怀。

　　霍敏锋回忆道，施老师对他的研究工作给予了大量的指导与支持，就如何解决研究课题中的关键问题也总能得到施老师独到的见解与建议，在文章修改上更是一丝不苟，施老师往往会在文稿上进行大量的修改，还会当面耐心地讲解与细致地斟酌。在施老师的指导与关心下，霍敏锋也逐渐成为能够独立开展科学研究工作的“90 后”青年科技工作者，进入同济大学医学院后，这位青年研究员也很快找了到科学研究的节奏，开展了一系列工作并取得了瞩目的研究成果。

　　致命的心脏毒性是使用蒽环类药物（如多柔比星）进行癌症化疗时对人体产生的最主要毒副作用之一。目前，临床上应对这些副作用的策略主要依靠给予心脏保护剂（如右雷佐生）的药物对心脏组织进行防护。事实上，这类心脏保护剂的保护效果并不能令人满意，更可能会产生骨髓抑制等的二次毒副作用。因此，对化疗药物诱导的心脏毒副作用的评估与缓解仍然是肿瘤学家和心脏病学家在使用肿瘤治疗药物时的主要障碍，开发高效安全的心脏保护剂对提高肿瘤化疗患者的生活质量与生存水平有着至关重要的研究意义。

　　霍敏锋及其研究团队针对多柔比星污染的心脏微环境中亚铁过载的特点，通过简易的PVP 介导自组装的方法制备了铁氰酸镁纳米催化剂（Mg 掺杂普鲁士蓝纳米催化剂），其具有高效的Fe2+ 捕获及抗氧化性能，基于铁氰酸镁纳米催化剂的高效类超氧化物歧化酶及过氧化氢酶活性，铁氰酸镁纳米催化剂被证实可用于清除细胞、组织层面的细胞毒性自由基物种，实现在肿瘤化疗过程中的心肌防护。

　　该实验证明，铁氰酸镁纳米催化剂可高效挽救经阿霉素药物DOX 处理的心肌细胞H9C2 的细胞活性，研究团队进一步通过免疫荧光、组化、转录组分析等手段证明，铁氰酸镁纳米催化剂可用于调节DOX 诱导的心肌细胞异常铁蓄积机制，并进一步实现游离Fe2+ 结合介导的细胞抗凋亡作用。体内心超及安全性实验证明，铁氰酸镁纳米催化剂可高效保护 DOX 药物注射诱导的小鼠心肌功能性损伤，较传统的临床药物防护用的右雷佐生药物具有更加优异的心肌防护作用及系统安全性。该项研究工作霍敏锋为第一作者，发表于国际高水平学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。这一研究工作是催化医学在抗氧化研究领域的拓展性与创新性应用，为未来肿瘤化疗副作用防护阶段的防护药物提供了更有潜力的选择，对临床肿瘤治疗研究具有重要的意义。

　　海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。在学校的支持下，霍敏锋的科研舞台更加广阔。在催化医学领域的基础研究方面，他以第一/ 通讯作者身份在 Nat. Commun.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Matter. 等高影响力杂志发表学术论文23 篇，SCI 论文总引用次数达到2442。近年来，随着国家引导科学技术转化的提出与深入部署，作为青年研究员的一分子，霍敏锋也和沪上多家三级甲等医院的同道一起逐步布局纳米催化医学的临床转化与应用方向。我们对霍敏锋的未来充满信心，期望这位青年为我国人民生命健康事业做出更大的贡献。

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