在行政职务方面，刘斌教授于2019年至2021年被任命为新加坡国立大学副校长（研究与科学），2022年至2023年3年受委任为新国大高级副教务长（教研人员与体制发展），2023年4月起再度担新国大任副校长（研究与科学）。BioMed科技公众号持续关注并回顾了2022年刘斌团队在有机纳米功能材料领域的研究成果，供大家学习和交流。去年，刘斌团队在JACS，Advanced Materials，Angew，Advanced Science以及ACS Nano等期刊上发表超过20篇研究论文。内容如下： 【2022年科研成果集锦】 1. Angew：核靶向AIE光敏剂通过光动力及双酶抑制用于癌症治疗三苯胺结构具有双光子特性，经过功能性修饰或金属配位可实现亚细胞器或生物分子靶向，在生物医药，分子探针等领域具有广阔的应用前景。有鉴于此，中山大学毛宗万教授课题组联合新加坡国立大学刘斌教授共同开发了一种基于三苯胺结构的核靶向光敏剂（MeTPAE），MeTPAE不仅具有高效ROS产率，其优异的双光子吸收性质也为其双光子光动力治疗提供了便利。一方面，MeTPAE可以抑制核内组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的活性。另一方面由于其AIE特性，MeTPAE与核酸结合可以产生强荧光，以及稳定的端粒G4DNA结合力。得益于其优异的ROS生成效率，MeTPAE可以有效地破坏核酸并抑制端粒酶活性。参考文献A Nuclear‐Targeted AIE Photosensitizer for Enzyme Inhibition and Photosensitization in Cancer Cell Ablation.https://doi.org/10.1002/anie.2021146002. ACS Nano：具有AIE活性多孔有机笼可强化生物成像多孔有机笼（POC）具有许多优点，包括更加强大的微环境、良好的单分散性和形貌均一性、优异的分子溶解性、高化学稳定性以及独特的主客体化学性质。这些特性使多孔有机笼能够克服一般扩展多孔网络存在的缺陷，展现出比金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）更具优势的应用潜力。然而，由于多孔有机笼具有刚性和疏水性结构的特点，导致其在水溶性生物介质中的强聚集猝灭行为（ACQ），严重限制了其在生物成像中的应用。为了应对这一挑战，新加坡国立大学赵丹、刘斌和姜建文等人报道了一种具有聚集诱导发光（AIE）活性的多孔有机笼，该多孔有机笼还具有刺激响应能力，可实现强化生物成像的效果。研究合理设计了一种亲水、结构灵活的四苯基乙烯（TPE）基多孔有机笼，其几乎可以完全溶于水溶液。这一多孔有机笼具有构象灵活的超级结构，可允许基于TPE的苯环动态旋转，从而赋予其自身AIE特性，可对环境变化（如温度和粘度）进行响应。这一多孔有机笼在活细胞的生物成像展现出了良好的成像性能，证明该AIE活性多孔有机笼可进一步探索生物应用。参考文献Enhanced Biological Imaging via Aggregation-Induced Emission Active Porous Organic Cages.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c086053. Adv. Mater.：首次采用微生物代谢直接合成光敏性细菌纤维素并用于皮肤修复全球每年有近600万患者遭受严重的皮肤损伤感染，致死率约为5%，皮肤损伤感染是对全球人类健康的一大威胁。目前临床治疗伤口细菌感染的方法是采用基于抗生素的伤口敷料，但是它的成本高，效率低，并可能导致抗生素耐药性。细菌纤维素(BC)是用醋酸菌Komagataeibacter sucrofermentans等微生物发酵合成的，因其三维(3D)相干纳米纤维网络结构，具有超高孔隙度和保水能力，特别适用于伤口敷料。新加坡国立大学刘斌教授团队探索了一种基于醋酸菌的光敏性细菌纤维素直接合成方法，即在TPEPy修饰的葡萄糖(TPEPy-Glc)存在的情况下，通过原位细菌代谢来制备光敏剂（PSs）嫁接的BC（TPEPy-Glc-BC），有出色的荧光和光触发光动力杀菌活性。这种活性创面敷料具有微生物代谢光控杀菌活性，可用于皮肤伤口的修复。参考文献Direct Synthesis of Photosensitizable Bacterial Cellulose as Engineered Living Material for Skin Wound Repair.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2021090104. Adv. Mater.：新型光敏剂可通过逆转乏氧和抗氧化性实现肿瘤光动力学疗法光动力疗法（PDT）由于其非侵袭性和高时空选择性，已被广泛接受用于恶性肿瘤的临床治疗。然而，目前PDT应用的治疗结果受到实体瘤乏氧和细胞内氧化抵抗的阻碍。最近的研究表明，抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs）可以诱导细胞铁死亡，从而逆转缺氧并提高氧化状态。因此，设计和合成靶向HDAC的活性光敏剂有望解决PDT的瓶颈问题。有鉴于此，新加坡国立大学刘斌教授和复旦大学高西辉研究员等人基于喹喔啉酮支架和药效团迁移策略，提出了一种可用于靶向HDAC的活性基光敏剂概念。由此开发的光敏剂可以抑制HDACs，克服乏氧和细胞内氧化抗性，有利于开发光敏剂在恶性肿瘤治疗中的完全潜力。因此，作者也认为该研究提出的分子设计策略可为开发具有实际应用价值的理想光敏剂提供理论指导。参考文献An Activity-Based Photosensitizer to Reverse Hypoxia and Oxidative Resistance for Tumor Photodynamic Eradication.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2022066595. Adv. Sci.：基于活细菌的免疫-光动力学疗法由于恶性黑色素瘤的复杂性、侵袭性和异质性，很难通过常规治疗根除整个肿瘤。新加坡国立大学刘斌教授和复旦大学高西辉研究员等人阐释了一种代谢工程标记厌氧溶瘤细菌（丁酸梭菌）策略，以高效消融黑色素瘤。在该体系中，丁酸梭菌d-丙氨酸（d-Ala）的代谢底物首先与具有聚集诱导发射（AIE）的光敏剂（TPApy）偶联。产生的d-Ala-TPAPy代谢底物可以代谢性地结合到细菌肽聚糖中，形成工程化的丁酸梭菌。一旦将工程化的丁酸梭菌注射到黑色素瘤中，细菌只能在厌氧区增殖，刺激肿瘤免疫微环境，并消融肿瘤缺氧区域。随后，外围区域中相对丰富的氧含量可以诱导丁酸梭菌的死亡。而细菌上的光敏剂（PS）随后可以在富氧区域发挥光动力作用，并在光照射下进一步去除黑色素瘤残留物。体内黑色素瘤消融现象表明，工程化溶瘤细菌可以为实体瘤的根除提供一种极具前景的方案。参考文献Living Bacteria-Based Immuno-Photodynamic Therapy: Metabolic Labeling of Clostridium butyricum for Eradicating Malignant Melanoma.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.2021058076. Angew：协同产生和富集三重态激子有助于实现高效超长有机磷光实现超长有机磷光（UOP）的传统方法是以适当的比例混合nπ*和ππ*构型，然而这两种构型在提高磷光效率和寿命方面是相互矛盾的。新加坡国立大学刘斌教授和中山大学池振国教授课题组通过用甲氧基取代给电子的芳基，并结合分子内卤素键以促进系统间窜跃和抑制非辐射跃迁，合成了一种性能优异的UOP分子（2Br-OSPh），在其异构体中具有最长的寿命和最亮的UOP。与CzS2Br相比，它具有相似的溴原子取代位置和较大的kisc（系统间窜跃速率），2Br-OSPh中较小的ΔETT*（单体磷光和聚集态磷光之间的能隙），从而可以加速从T1到T1*的转变。这项研究表明，三重态激子的产生和积累在实现高效UOP材料中起着重要作用。参考文献Synergistic Generation and Accumulation of Triplet Excitons for Efficient Ultralong Organic Phosphorescence.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2022003437. Adv. Mater.：结构相似掺杂剂可增强有机室温磷光掺杂策略可赋予有机磷光体的室温磷光（RTP）优异的性能。在此，新加坡国立大学刘斌教授报道了一种适用于二苯并噻吩（DBT）及其衍生物的新型异构体设计和掺杂策略。研究合成了三种异构体，以研究掺杂剂对DBT衍生物增强RTP的影响。研究发现，如果掺杂剂与主体具有相似匹配的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）能级以及单重态和三重态激发态之间的能量差，其衍生的异构体掺杂剂可以为掺杂系统产生有效的RTP。同时，通过改变用于掺杂DBT衍生物的异构体掺杂剂，研究还实现了从黄色到红色的磷光颜色。这项工作提出了一种基于异构体设计和掺杂的RTP增强策略，有助于构建发光有机磷光体。参考文献Structurally Resemblant Dopants Enhance Organic Room-Temperature Phosphorescence.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2022015698. Adv. Sci.：膜锚定光敏剂通过细胞焦亡重塑肿瘤微环境以驱动增强癌症免疫疗法免疫疗法是极具前景的癌症治疗策略，目前的研究和临床实验均取得了很好的结果。但这类疗法在胰腺癌临床治疗中的疗效十分有限，这主要是因此胰腺癌中存在着复杂的肿瘤免疫抑制微环境。而作为一种高度炎症性的免疫原性细胞死亡（ICD），细胞焦亡为缓解实体瘤的免疫抑制和促进全身免疫应答提供了一个绝佳的机会。有鉴于此，浙江大学医学院梁廷波教授和新加坡国立大学刘斌教授等人设计了具有聚集诱导发射（AIE）特征的膜靶向光敏剂TBD-3C，可通过光动力疗法（PDT）触发焦亡引起的癌症免疫治疗。结果表明，TBD-3C诱导的焦亡细胞可刺激巨噬细胞的M1极化，导致树突状细胞（DC）成熟，并激活CD8+细胞毒性T淋巴细胞（CTL）。细胞焦亡引起的免疫反应可以将免疫抑制的“冷”肿瘤微环境（TME）转化为免疫原性的“热”TME，这不仅可抑制原发性胰腺癌的生长，还可攻击远远端肿瘤。这项工作为细胞焦亡引起的光控抗肿瘤免疫和实体瘤免疫治疗建立了一个具有高生物相容性的平台。参考文献Pyroptosis Remodeling Tumor Microenvironment to Enhance Pancreatic Cancer Immunotherapy Driven by Membrane Anchoring Photosensitizer.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.2022029149. JACS：折叠π分子所形成的高堆叠能有助于提高一维分子柱的激子利用率π-分子在有机发光器件、光催化、光伏、生物传感器和医学等许多应用中发挥着重要作用。一般来说，普遍认为在固态中具有高激发态利用率的π-共轭分子有助于提高器件的性能。然而，由于分子结构和有效的分子填充之间存在着间隙，提高固态中激子利用率的π分子设计极具挑战性。新加坡国立大学刘斌教授等人报道了一种新的π骨架-折叠π，以实现固态中的高激子利用率。基于新型的“折叠π”形式，作者设计并合成了12个具有两个或三个折叠π面的化合物。研究发现折叠的π分子倾向于形成排列良好的一维分子柱（“盒子”、“辫子”或“阶梯”），其中存在许多弱π相互作用，从而具有高堆积能量特性。由于有效抑制了分子运动，所有化合物在固体中都显示出非常高的激子利用率，展现出了巨大的应用潜力，也为黑色素微观结构的合理设计提供了新的思路。参考文献High Exciton Utilization of 1D Molecular Column with High Packing Energy Formed by Folded π-Molecules.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c0683810. Biomaterials：新型近红外化学发光纳米探针可实现细菌感染的深部成像和协同光热-一氧化氮疗法细菌感染是威胁人类健康的许多严重炎症疾病的主要原因。现有的细菌感染治疗方案总是复杂且不令人满意。因此，亟需开发一种更加有效的感染治疗方式。新加坡国立大学刘斌教授和中山大学Duo Mao等人开发了一种含有鲁米诺、AIE染料（TTDC）、PCPDTBT和一氧化氮（NO）供体（BNN6）的近红外（NIR）化学发光（CL）纳米颗粒（ALPB），该纳米颗粒可以实现深度CL成像引导的细菌感染光热-NO气体治疗。研究显示，静脉注射后，ALPB可大量积聚在感染部位，然后被过度分泌的活性氧（ROS）激活，产生近红外化学发光，这可以精确追踪感染引起的局部炎症。在成像的指导下，808nm激光照射进一步进行了协同光热-NO治疗，可导致积极的细菌根除和感染组织的快速恢复。ALPB的实用性为对抗细菌感染提供了一个强大且可控的“一体式”平台。参考文献Near-infrared chemiluminescent nanoprobes for deep imaging and synergistic photothermal-nitric-oxide therapy of bacterial infection.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222003337?via%3Dihub【刘斌教授简介】刘斌，女，现任新加坡国立大学高级副教务长、化学与生物分子工程系主任。1991-1995年于南京大学化学系就读本科，1995-1998年于南京大学化学系就读硕士研究生。之后获新加坡国立大学博士学位，美国加利福尼亚大学博士后和研究员，2005年重返新加坡国立大学担任助理教授，2016年擢升为教授。她不仅是新加坡工程院、新加坡国家科学院、亚太材料科学院院士，以及英国皇家化学学会会员，也为十几份化学与材料学权威期刊担任编务顾问。2019年，她以执行主编身份协助美国化学学会创办并编撰材料学旗舰刊物《美国化学学会材料通讯》(ACS Materials Letters)。刘教授堪称有机纳米功能材料领域的翘楚，对高分子化学及有机材料在生物医药研究、环境监测暨能源配备等方面的应用研究贡献卓著。科睿维安 (Clarivate) 推举全球最具影响力科学家与材料科学领域中顶尖 1% 高引研究学者，刘斌教授均榜上有名。刘教授发表过450篇科研论文，拥有30项专利权，当中16项已授权给美国、英国、亚洲等各大公司。2014年，她联合创办了国大新设子公司 Luminicell，专为医疗与生物应用生产有机发光纳米粒子 (organic luminescent nanoparticles)。刘教授近年来屡获奖项，包括2008年度新加坡国家科学与科技青年科学家奖、2011年度欧莱雅女性科研奖 (L'Oréal Women in Science National Fellowship)、2015年度 Materials in Society Lectureship、2016年度新加坡总统科技奖、以及美国化学学会颁发的2019年度纳米科研领域领导者奖 (ACS Nano Lectureship Award) 。2021 年，刘教授获得了卡比勒青年研究员纳米科学和纳米医学奖 (Kabiller Young Investigator’s Award in Nanoscience and Nanomedicine)，并被授予英国皇家化学学会百年奖 （Royal Society of Chemistry’s Centenary Prize）。