“光电2018”:SCNU激光生命科学教育部重点实验室

发布时间:2020-11-18 阅读次数:2527

年度焦点


杨思华教授获批国家自然科学优秀青年基金


2018年8月,国家自然科学基金评审结果正式揭晓。实验室杨思华教授获优秀青年科学基金项目资助,资助直接经费130万。

杨思华教授主要研究领域包括显微光声成像技术、光声窥镜技术及其生物医学应用与仪器开发。2016年获广东特支计划科技创新青年拔尖人才;广东省高等学校优秀青年教师(培养计划)。主持国家科技部“863”青年科学家专项、国家自然科学基金重点项目(合作)、广东省自然科学基金重点项目、广东省产学研项目等。发表要SCI期刊论文60多篇;授权国家发明专利16项。代表性论文有Journal of the American College of Cardiology, Physical Review Letter, Small, Optics Letter, Applied Physics Letters等。在光声成像技术方面曾获教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖 (2013年)、广东省科学技术奖(发明类)二等奖 (2009年)、美国医学物理学会学术奖 (2008年)、中国光学重要成果奖 (2008年)。


研究进展


实验室研究团队在《ACS Nano》、《Advanced Functional Materials》发表肿瘤光学治疗重要研究进展


教育部激光生命科学重点实验室张涛特聘研究员、覃欢博士、邢达教授研究团队在肿瘤光学诊疗领域取得重要研究进展,在国际综合性顶级权威期刊《ACS Nano》上发表了题为:“In Vivo Imaging-Guided Photothermal/Photoacoustic Synergistic Therapy with Bioorthogonal Metabolic Glycoengineering-Activated Tumor Targeting Nanoparticles”的研究论文。该工作首次提出了肿瘤光热和光声联合治疗的概念,并构建了基于糖代谢激活的生物正交靶向探针,在活体验证了该联合光学疗法的高效性。该方法可以将近红外光转换成热进行有效的热消除肿瘤,还可以促使热增强的超声冲击波引发肿瘤局部机械损伤,在体外和体内实现协同的抗肿瘤作用。通过将光声成像与光热和光声协同治疗结合在一起,不仅可以准确确定实体瘤的大小和形态,而且还可以监控纳米粒子在体内的代谢情况,检测后期协同治疗效果。


光热治疗作为代表性的光学治疗技术之一受到了人们的广泛关注。但目前在临床癌症治疗中,光热治疗由于组织热抗性等问题难于彻底清除肿瘤组织。开发与光热治疗协同的新型光声冲击波治疗技术对提高肿瘤光学治疗效率具有重大的意义。


在此研究基础上,研究团队近日在原位脑胶质瘤光学精准治疗领域取得重要研究进展,国际顶级权威期刊《Advanced Functional Materials》接收了题为“Photoacoustic Therapy for Precise Eradication of Glioblastoma with a Tumor Site Blood Brain Barrier Permeability Upregulating Nanoparticle”的研究论文。该工作开拓了光声热弹冲击波治疗脑胶质瘤的新方法,实现了精准杀伤脑胶质瘤细胞而极少损伤毗邻的神经细胞。


研究团队针对脑胶质瘤治疗面临的瓶颈问题,设计了一种可以选择性通过脑肿瘤部位血脑屏障的光声探针,通过探针表面的激动分子特异性激活脑内皮细胞上的腺苷A2A受体,暂时性提高血脑屏障通透性,使得光声探针在特定时间窗内通过血脑屏障,靶向定位到脑胶质瘤细胞膜上。在光声成像引导下,光声探针受短脉冲激光激发,原位产生的光声冲击波机械性地破坏肿瘤细胞膜,从而引起肿瘤细胞凋亡。由于光声冲击波在组织传输中的快速衰减特性,其破坏的物理范围仅为几十微米。因此光声热弹冲击波治疗方法极少损伤毗邻的神经细胞。该研究为精确脑胶质瘤治疗提供全新的物理方法,具有重要的科学价值和应用前景。


硕士生张振辉在Optics Letters上发表原创偏振光声成像方法研究论文


2015级硕士研究生张振辉同学在国际知名光学期刊Optics Letters上发表了题目为“Polarized photoacoustic microscopy for vectorial-absorption-based anisotropy detection”, 2018,43(21),5267-5270.”的研究论文,石玉娇博士和邢达教授为共同通讯作者。


光声成像通过结合光学成像的高选择性和超声成像的深层组织成像优势,已在生物医学领域得到了广泛的研究。传统的光声成像通常假设吸收体是光学各向同性的,因而采用非偏振脉冲光束作为激励源。然而,文献报道表明,生物体内普遍存在光学各向异性吸收体(如弹性纤维蛋白,胶原蛋白,神经纤维等),通过将光声成像技术与线偏振激光激发相结合,将有可以无损的获取组织深层吸收体的光学各向异性信息。本工作中,研究团队首次提出偏振光光声显微镜的概念,利用斯特克斯矢量描述的方法理论构建了表征介质有序度参量的物理模型,并通过利用四束电矢量振动方向不同的线偏振光作为激发源激发产生光声信号,最终实现了原位深层组织的定量有序度测量。该技术克服了偏振光显微镜载体成像深度受限的局限性,为组织光学偏振特性测量提供了一个直观、定量的测量及成像策略,有望在材料检测、活体生物组织结构特性检测及早期疾病检测中发挥重要作用。


         光声显微及内窥成像技术应用研究取得重要进展


光声皮肤显微仪作为光声成像技术的主要应用,可无损定量可视化皮肤表皮、真皮内各种特异性吸收物质的密度、深度及分布情况,实现了多尺度、多参量、多对比度、多模态等多参数的融合。光声皮肤显微仪在黑色素与血红蛋白成像上有着天然的优势,其能够准确的反映皮肤组织中黑色素的空间分布情况及血管的微循环信息,同时可提取表皮厚度、黑色素浓度及真皮毛细血管密度、血管管径、血管深度等参数用于血管性病变皮肤病、色素性病变皮肤病、皮瓣移植等疾病的术前诊断、术中监测、术后评估,形成个性化诊疗,为彻底清除异常皮肤组织同时最大程度保留正常组织提供新型精准方法。已在北京301医院、广州军区总医院、南方医院开展临床测试(超500例). 


此外,课题组同时研制了光声、超声双模态直肠内窥镜,对于早期结直肠肿瘤检测具有非常重大的意义,肿瘤的发生、病变及转移往往伴随着微血管增生,高分辨率光声内窥成像通过对消化道管壁组织中的血管网络成像,可以表征早期肿瘤的生长状态、边界及大小,将光声成像与超声成像结合起来的双模态成像技术能够提供肿瘤侵袭程度、微血管分布、血氧饱和度、血流速度等多参数的检测,有望实现对早期结直肠肿瘤的精准成像。在该成像系统的基础上发展的自聚焦成像探头可实现在不规则大腔道下的自聚焦、高分辨率微血管成像,为内镜下高分辨率肿瘤成像提供了一种新的方法。


胡祥龙研究员课题组在聚前药研究领域取得系列重要进展,分别在Advanced Materials, Chemistry of Materials, Small上发表研究论文


2018 年4月,胡祥龙在Advanced Materials (SCI一区,IF: 21.95)发表了研究论文“Concurrent Drug Unplugging and Permeabilization of Polyprodrug‐Gated Crosslinked Vesicles for Cancer Combination Chemotherapy”(Adv. Mater. 2018, 30, 1706307)。在该工作中,首先制备了可交联的聚前药囊泡,采用无痕交联策略交联囊泡的双层膜,实现囊泡结构固定,稳定性提高,可以有效避免内部的包埋亲水药物泄露;在肿瘤还原性条件下,双层膜上的前药基元发生降解,释放出疏水的喜树碱原药分子,与此同时,囊泡壁变得亲水,促进内部亲水药物的协同释放。该工作有效结合化学交联与响应性释放增强囊泡渗透性的方法,实现囊泡壁“关门—开窗”级联渗透性调控 (图4)。该工作是激光生命科学教育部重点实验室与中国科学技术大学刘世勇教授课题组合作的最新成果,胡祥龙为第一兼并列通讯作者。


随后,2018年5月,Chemistry of Materials (SCI一区, IF 9.89) 、Small (SCI 一区, IF: 9.598)刊发了胡祥龙研究员课题组聚前药研究的两篇原创论文“Cascade Promoted Photo-Chemotherapy against Resistant Cancers by Enzyme-Responsive Polyprodrug Nanoplatforms”(Chem. Mater. 2018, 30, 3486-3498)。文中报道了一种组织蛋白酶B酶响应的顺铂聚前药纳米平台用于耐药肿瘤的级联光疗与化疗,克服肿瘤的顺铂耐药问题。另一项聚前药研究成果,“Polyprodrug Antimicrobials: Remarkable Membrane Damage and Concurrent Drug Release to Combat Antibiotic Resistance of Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus”(Small 2018, 14, 1802008, front cover paper). 通过将小分子抗生素三氯生改性,聚合得到一系列具有不同亲疏水比例的两亲性聚前药抗生素,筛选优化的亲疏水比例,该聚前药抗生素胶束可以物理破坏细菌膜,并且可以进一步释放小分子抗生素清除残余细菌。与商品化小分子抗生素三氯生和万古霉素相比,聚前药抗生素不会产生耐药性。细菌感染的动物烧伤模型也证明了聚前药抗生素可以有效抑杀细菌,加速伤口愈合。本研究为大分子抗菌剂的设计提供了参考,进一步说明聚前药策略在病原微生物抑制领域具有重要应用 。该论文第一作者是教育部重点实验室博士研究生曹冰同学,邢达教授和胡祥龙研究员为该论文的共同通讯作者。



线基双性电极电化学发光:一类新型的电分析传感器



2013级硕士研究生刘瑞同学在国际著名期刊Biosensors and Bioelectronics 上发表原创性研究论文“Bipolar electrochemiluminescence on thread: A new class of electroanalytical sensors”的研究论文(2017,94:335-343),指导教师为章春笋研究员。


本研究首次提出了一种新颖且简单的思想,得到了一种廉价、易于加工、用毛细管道辅助的线基双电极电化学发光微流控分析装置。用丝网印刷技术在棉线上印刷上电极,并且把棉线嵌入到毛细管通道中。整个加工过程所涉及到的操作流程十分简单,所使用的材料也很便宜(每个设备的成本约$0.01),更重要的是,这种检测装置可以灵活弯曲使用。在优化条件下,采用Ru(bpy)32+/TPA和luminol/H2O2电致化学发光体系实现对TPA和H2O2的检测。并且基于luminol/H2O2发光系统实现对葡萄糖的定量检测。最后,验证了该检测装置应用于实际样品检测的能力。《Biosensors and Bioelectronics》是生物传感器与生物电子学方向中最重要期刊之一,该期刊2017-2018年度影响因子为8.173(工程技术类1区)。


奖励与荣誉


陈伟强、张涛两位科研人员分别入选广东省珠江学者、广东特支计划人才项目


2018年9月广东省教育厅公布广东省高等学校珠江学者岗位计划设岗学科(专业)和聘任人选名单。实验室研究人员陈伟强教授获聘青年珠江学者。张涛特聘研究员入选“科技创新青年拔尖人才”项目。


陈重江博士获得全国光学优秀博士学位论文提名奖


2018年4月10日,2016年度全国光学优秀博士学位论文评审会在北京大学成功召开,共评选出4篇获奖论文和6篇提名优秀论文。其中实验室主任邢达教授指导的陈重江博士获得2016年度全国光学优秀博士学位论文提名奖。


马海钢博士生获第八届光学方法高级研讨会最佳报告奖


2018年11月4日,第八届光学方法高级研讨会”(8th Advance Optical Methods Workshop, AOMW2018)在深圳成功召开,共评选出1个最佳报告奖和9个优秀报告奖。其中实验室副主任杨思华教授指导的马海钢博士生获得第八届光学方法高级研讨会的最佳报告奖。


资讯快报


年度实验室重要事项


1、教育部发布了《关于2017年度信息领域教育部重点实验室评估结果的通知》,依托华南师范大学建设的激光生命科学教育部重点实验室,在985强校林立的情况下,获评良好类教育部重点实验室,顺利通过评估。教育部重点实验室是国家科技创新体系的重要组成部分,定期评估是实验室管理的重要环节,评估周期为5年。2015年,教育部修订了评估规则,此次是信息领域教育部重点实验室按照新评估规则进行的第一次评估。此次信息领域教育部重点实验室评估自2017年9月启动, 2017年11月下旬举行综合评议。经专家评审,参评的56个教育部重点实验室, 41个实验室顺利通过评估,5个实验室未通过评估。

2、激光生命科学教育部重点实验室做为主要力量支撑华南师范大学“物理学”入选国家世界一流学科建设序列。

3、实验室承办的“第十三届全国激光生物学大会”于2018年4月20-22日在长沙市枫林宾馆隆重召开。来自中国科学院、北京大学、清华大学等40多所科研院所和高校的200多位专家与代表参加了此次盛会。大会先后分五个分会场举行了6场特邀报告、36场专题报告和13场青年论坛报告。

4、2018年10月26-27日激光生命科学教育部重点实验室、深圳大学承办的“广东省生物物理学会第八届理事会第二次常务理事会议”在深圳大学医学部召开,省内10余所高校的近30位生物物理学专家骨干参会。会议由杨思华秘书长主持,激光生命科学教育部重点实验室主任、广东省生物物理学会理事长邢达教授参会并对通过学会推动省内生物物理学的进一步蓬勃发展发表重要致辞。会议期间,杨思华秘书长传达了《广东省科协第九次代表大会精神》,并汇报了《广东省科技社团创新发展五年工作规划》要则。秘书长杨思华教授于2018年9月当选为广东省科协第九届委员会委员。

5、2018新获批各类基金项目总计21项,其中国家级项目8项,其中获优秀青年科学基金1项,面上项目4项,青年项目3项。

6、发表论文86篇,其中SCI论文72篇,影响因子7.0以上15篇;授权国家发明专利17项,申请国家发明专利26项。


年度代表性论文(24篇)


  1. Du L, Qin H, Ma T, et al. In vivo imaging-guided photothermal/photoacoustic synergistic therapy with bioorthogonal metabolic glycoengineering-activated tumor targeting nanoparticles[J]. ACS Nano, 2018, 11(9): 8930-8943. (IF 13.709,工程技术一区)

  2. Liu R, Xiang L, Xing D, et al. Large depth focus-tunable photoacoustic tomography based on clinical ultrasound array transducer[J]. Applied Physics Letters, 2018, 113(14): 141102. (IF 3.495,物理学二区)

  3. Liu N, Yang S, Xing D. Photoacoustic and hyperspectral dual-modality endoscope[J]. Optics Letters, 2018, 43(1): 138-141. (IF 3.589,物理学二区)

  4. Ma H, Cheng Z, Wang Z, et al. Fast linear confocal scanning photoacoustic dermoscopy for non-invasive assessment of chromatodermatosis[J]. Applied Physics Letters, 2018, 113(8): 083704. (IF 3.495,物理学二区)

  5. Sun J, Zhou Q, Yang S. Label-free photoacoustic imaging guided sclerotherapy for vascular malformations: a feasibility study[J]. Optics Express, 2018, 26(4): 4967-4978. (IF 3.356,物理学二区)

  6. Wang Q, Shi Y, Yang F, et al. Quantitative photoacoustic elasticity and viscosity imaging for cirrhosis detection[J]. Applied Physics Letters, 2018, 112(21): 211902. (IF 3.495,物理学二区)

  7. Qiao W, Chen Z, Zhou W, et al. All-optical photoacoustic Doppler transverse blood flow imaging[J]. Optics Letters, 2018, 43(11): 2442-2445. (IF 3.589,物理学二区)

  8. Liu C, Wang D, Zhang C. A novel paperfluidic closed bipolar electrode-electrochemiluminescence sensing platform: Potential for multiplex detection at crossing-channel closed bipolar electrodes[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 270: 341-352. (IF 5.667,工程技术一区)

  9. Li H, Liu C, Wang D, et al. Programmable fluid transport on photolithographically micropatterned cloth devices: Towards the development of facile, multifunctional colorimetric diagnostic platforms[J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2018, 255: 2416-2430. (IF 5.667,工程技术一区)

  10. Fang W, Wei Y, Ye Y, et al. Oxyhemoglobin-monitoring photodynamic theranostics with an 808 nm-excited upconversion optical nanoagent[J]. Chemical Engineering Journal, 2018. (IF 6.74,工程技术一区)

  11. Ma T, Zheng J, Zhang T, et al. Ratiometric Photoacoustic Nanoprobe for Monitoring and Imaging of Hydrogen Sulfide in Vivo[J]. Nanoscale, 2018. (IF 7.23,工程技术一区)

  12. Wang S, Zou Z, Luo X, et al. LRH1 enhances cell resistance to chemotherapy by transcriptionally activating MDC1 expression and attenuating DNA damage in human breast cancer[J]. Oncogene, 2018. (IF 6.854,医学一区)

  13. Li H, Liu L, Chang H, et al. Downregulation of MCL-1 and upregulation of PUMA using mTOR inhibitors enhance antitumor efficacy of BH3 mimetics in triple-negative breast cancer[J]. Cell Death & Disease, 2018, 9(2): 137. (IF 5.638,生物学二区)

  14. Zhang D, Wen L, Huang R, et al. Mitochondrial specific photodynamic therapy by rare-earth nanoparticles mediated near-infrared graphene quantum dots[J]. Biomaterials, 2018, 153: 14-26. (IF 8.806,工程技术一区)

  15. Wang D, Su H, Kwok R T K, et al. Rational design of a water-soluble NIR AIEgen, and its application in ultrafast wash-free cellular imaging and photodynamic cancer cell ablation[J]. Chemical Science, 2018, 9(15): 3685-3693. (IF 9.063,化学一区)

  16. Yang J, Zhai S, Qin H, et al. NIR-controlled morphology transformation and pulsatile drug delivery based on multifunctional phototheranostic nanoparticles for photoacoustic imaging-guided photothermal-chemotherapy[J]. Biomaterials, 2018, 176: 1-12. (IF 8.806,工程技术一区)

  17. Hu X, Zhai S , Liu G , et al. Concurrent Drug Unplugging and Permeabilization of Polyprodrug-Gated Crosslinked Vesicles for Cancer Combination Chemotherapy[J]. Advanced Materials, 2018:1706307. (IF 21.95,工程技术一区)

  18. Wang W, Liang G, Zhang W, et al. Cascade-Promoted Photo-Chemotherapy against Resistant Cancers by Enzyme-Responsive Polyprodrug Nanoplatforms[J]. Chemistry of Materials, 2018, 30(10): 3486-3498. (IF 9.89,工程技术一区)

  19. Cao B, Xiao F, Xing D, et al. Polyprodrug Antimicrobials: Remarkable Membrane Damage and Concurrent Drug Release to Combat Antibiotic Resistance of Methicillin‐Resistant Staphylococcus aureus[J]. Small, 2018, 14(41): 1802008. (IF 9.598,工程技术一区featured as "Front Cover Paper")

  20. Zhao N, Wu B, Hu X, et al. NIR-triggered high-efficient photodynamic and chemo-cascade therapy using caspase-3 responsive functionalized upconversion nanoparticles[J]. Biomaterials, 2017, 141: 40-49. (IF 8.806,工程技术一区)

  21. Zhai S, Hu X, Hu Y, et al. Visible light-induced crosslinking and physiological stabilization of diselenide-rich nanoparticles for redox-responsive drug release and combination chemotherapy[J]. Biomaterials, 2017, 121: 41-54. (IF 8.806,工程技术一区)

  22. Zhang Z, Shi Y, Yang S, et al. Subdiffraction-limited second harmonic photoacoustic microscopy based on nonlinear thermal diffusion[J]. Optics Letters, 2018, 43(10): 2336-2339. (IF 3.589,物理学二区)

  23. Zhang Z, Shi Y, Xiang L, et al. Polarized photoacoustic microscopy for vectorial-absorption-based anisotropy detection[J]. Optics Letters, 2018, 43(21): 5267-5270. (IF 3.589,物理学二区)

  24. Xiong K, Yang S, Li X, et al. Autofocusing optical-resolution photoacoustic endoscopy[J]. Optics Letters, 2018, 43(8): 1846-1849. (IF 3.589,物理学二区)


转载自:SCNU激光生命科学重点实验室2018年度简报