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来源：BioMed科技
邓旭亮 教授主要从事口腔材料基础研究和临床转化工作。在口腔生物修复材料领域找到了创新突破口，做出了一系列原创性的研究成果，得到国际同行的高度认可。在国际上首先报道牙齿多相组分原位再生与磁电膜材料引导颌骨再生临床策略；发明了具有复杂自由曲面的椅旁个性化纤维增强树脂桩核修复。发表论文250余篇，其中SCI收录论文160余篇，包括Science、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Func. Mater.等，总被引用4534次，授权国家发明专利35项，授权国际专利4项。所研发的系列牙齿与颌骨修复材料取得国药局III类医疗器械注册证，明显提高临床效果。2016年获第三届树兰医学奖青年奖，入选科技部中组部“万人计划”，获第七届“全国优秀科技工作者”，获第十一届光华工程科技奖青年奖；2015年获长江学者特聘教授；2014年度获国家杰出青年科学基金资助；2013年获选科技部中青年科技创新领军人才；2013年作为第一完成人获教育部 “高等学校科学研究优秀成果奖”技术发明二等奖；2009年入选教育部“新世纪优秀人才”计划。
接下来，我们汇总了邓教授以往的顶刊工作，与大家一起分享。
Science：史上最强人造牙釉质
牙釉质作为高度矿化的生物组织，几乎可被视为纯无机物，由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质，因此无法再生。自恒牙长成的第一天起，牙釉质就在缓慢地消耗着，细菌酵解食物中的糖类物质释放出酸以及酸性饮料都会加速它的消耗。一旦牙釉质的防线被突破，整颗牙就像失去了保护伞。让很多人噩梦般痛苦的蛀牙，都是从牙釉质的破坏开始的。修复牙釉质，堪称是仿生领域一项最“硬核”的挑战。虽然可以通过生物矿化、无机模板合成等方法仿生天然牙釉质的结构，但是由于牙釉质结构的复杂性，目前还无法有效获得与天然釉质多级结构相同的大面积修复层，也并未复刻天然牙齿的各项性能，离临床应用还有较远的距离。
为了解决上述问题， 北京航空航天大学 郭林教授 、北京大学口腔医院 邓旭亮教授 和 美国密歇根大学 Nicholas A. Kotov教授 等人合作， 通过双向冷冻对齐组装形成了羟基磷灰石纳米线与聚乙烯醇交织的无定形晶间相 (AIP) 涂层，设计出一种具有多尺度高度有序HA层次结构的人造牙釉质（ATE），实现了天然牙的成分、结构（紧密有序）以及性能（力学及再矿化）的完美复刻 。所获得的ATE表现出出色的机械性能，实现了高刚度（105.6 ± 12.1 GPa）、硬度（5.9 ± 0.6 GPa）、强度、粘弹性和韧性的完美组合，不仅超过了已报道的HA 基复合材料和陶瓷-聚合物基复合材料，甚至超过了天然牙釉质。
文献链接： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj3343
Nat. Mater.：具有多尺度界面交联的异相薄片增强氧化石墨烯块材料
氧化石墨烯（GO）和还原GO具有强大的机械、电学和化学性能，与其有关的纳米复合材料已被广泛探索用于不同领域。然而，由于GO纳米片具有高柔性和较弱的层间相互作用，GO基复合材料的弯曲力学性能，特别是在块体材料中，在很大程度上受到了限制，阻碍了其在实际应用中的性能。
受珍珠层血小板内异相的无定形/结晶特征的启发， 北京航空航天大学 郭林教授/ 董雷霆教授 和 北京大学口腔医院 邓旭亮教授 等人 提出了一种厘米级的GO基块体材料，该材料由GO和无定形/晶体片状MnO 2 六边形纳米片的构建块组成，这些纳米片再进一步与聚合物基交联剂粘附在一起。 不仅如此，研究还将这些构建块堆叠并热压，在层之间进一步交联以形成基于GO/MnO 2 的层状（GML）块体材料。所得到的GML块体材料显示出高达231.2 MPa的弯曲强度。此外，该材料在重量较轻的同时还表现出足够的断裂韧性和强的抗冲击性。实验和数值分析表明，有序的异相结构和跨多尺度界面的协同交联相互作用使材料具有优异的力学性能。这些结果有望为结构材料的设计以及高性能GO基块体材料在航空航天、生物医学和电子领域的潜在应用提供深刻的见解。
文献链接： https://www.nature.com/articles/s41563-022-01292-4
Nat. Commun.：原位激活柔性磁电膜可增强骨缺损修复
对于在共病条件下的骨缺损修复，使用可以非侵入性调节的生物材料是非常可取的，这可以避免进一步的并发症并促进成骨。然而，在临床应用中，用刺激响应材料实现有效的成骨仍然是一个巨大的挑战。
北京大学口腔医院 邓旭亮教授/张学慧副研究员 、华中科技大学 陈莉莉教授 和 中山大学 黄厚兵教授 等人 发展了掺杂有极化CoFe 2 O 4 @BaTiO 3 /聚（偏二氟乙烯-三氟乙烯）[P（VDF-TrFE）]核壳颗粒的复合膜，其具有高磁电转换效率，可用于激活骨再生 。CoFe 2 O 4 核上的外磁场力传导可以增加BaTiO 3 壳层上的电荷密度，并增强P（VDF-TrFE）基体中的β相变。这种能量转换增加了膜表面电位，从而激活了成骨作用。对雄性大鼠的颅骨缺损实验表明，即使地塞米松或脂多糖诱导的炎症引起成骨抑制，在膜上重复施加磁场也能增强骨缺损修复。本研究提供了一种利用刺激响应磁电膜有效激活原位成骨的策略。
文献链接： https://www.nature.com/articles/s41467-023-39744-3
Nat. Commun.：黑科技！说话的同时，还能美白牙齿！
牙齿变色(变黄、发黑)正成为一个越来越困扰人们的日常问题，通常是由于各种食品和饮料中的外部色原引起。因此，牙齿的美白已发展成为最受欢迎的牙科美容方式。临床牙齿漂白通常基于高浓度活性过氧化脲和过氧化氢，它们会在其分解过程中，产生活性氧(ROS)。这些自由基可以破坏有机色素分子的共轭双键，然后通过氧化反应将染色大分子降解。但这些牙齿漂白产品可能会导致严重的副作用，例如牙龈刺激、矿物质流失和牙齿过敏。
鉴于这些普遍存在的问题， 北京大学口腔医院 邓旭亮教授/张学慧副研究员 和 南京理工大学 汪尧进教授 等人合作， 提出了一种基于热催化效应的非破坏性和安全的牙齿美白策略。该策略可以通过嵌入热电粒子的水凝胶牙套轻松实现 。研究者通过模拟人体口腔习惯性摄入和言语引起的温度波动，在冷却/加热循环下进行的热催化降解有机染料。在与自然口腔温度循环相对应的小温度波动下，嵌入热释电粒子的水凝胶可以响应外部刺激产生ROS，显着增白因习惯性饮用饮料和调味剂而染色的牙齿。此外，基于温度催化的牙齿美白系统表现出显着的治疗生物安全性和可持续性。
文献链接： https://www.nature.com/articles/s41467-022-32132-3
Nat. Commun.：突变RIG-I可通过激活circRIG-I信号通路增强癌症相关炎症
RIG-I/DDX58在宿主先天免疫中起着关键作用。然而，它对炎症相关癌症的治疗潜力仍有待探索。在此项研究中， 北京大学口腔医院 邓旭亮教授/张学慧副研究员/吕丹教授 和 尹玉新教授 等人 确定了发生在癌症患者中的RIG-I的移码种系突变 。因此，携带移码突变Rig-i的Rig-i fs/fs 小鼠表现出对结肠炎相关结肠癌癌症的易感性增加以及对化学物质、病毒或细菌的炎症反应增强。除了中断Rig-i mRNA翻译外，Rig-i突变还改变了Rig-i前mRNA的二级结构，并削弱了其与DHX9的结合，从而诱导Rig-i转录物产生环状RNA（命名为circRIG-I）。CircRIG-I在结肠癌中经常上调，其上调预测结肠癌癌症的不良结局。从机制上讲，circRIG-I与DDX3X相互作用，DDX3X反过来刺激MAVS/TRAF5/TBK1信号级联，最终激活IRF3介导的I型IFN转录并加重炎症损伤。相反，全反式视黄酸作为DHX9激动剂，可通过抑制circRIG-I的生物发生来改善免疫病理。总之，该研究成果提供了对突变RIG-I作用的深入了解，并提出了治疗结肠癌的潜在策略。
文献链接： https://www.nature.com/articles/s41467-022-34885-3
Angew：亚纳米线调控聚合物基纳米复合材料的力学和光学性能
亚纳米线（SNW）由于其高比表面积、高柔性以及在尺寸上与聚合物链相似，在纳米复合材料中表现出巨大的应用潜力，是连接无机材料和聚合物材料的良好切入点。
北京大学口腔医院 邓旭亮教授/卫彦教授 和 清华大学 王训教授 通过简单混合羟基磷灰石纳米线和聚酰亚胺（PI），合成了羟基磷灰石纳米线（HAP-SNW）和工程羟基磷灰石纳米线/聚酰亚胺（HSP）凝胶/薄膜 。得益于HAP-SNW和PI之间的相互作用，这些纳米复合材料形成了连续的杂化网络。随着HAP-SNW含量的增加，HSP凝胶的粘度和模量比PI凝胶显著提高了一到两个数量级。研究显示，HSP膜不仅保持了高透明度，而且获得了高雾度，并且表现出增强的杨氏模量。因此，本工作中开发的HSP凝胶/薄膜在涂料和高性能薄膜中的各种应用都很有前景。
文献链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202214571
Adv. Mater.：多功能PtCuTe纳米片强大的ROS清除能力和ROS非依赖性抗菌性能促进糖尿病伤口愈合
纳米酶作为一种最有效的清除活性氧(ROS)的生物材料，在促进糖尿病创面愈合方面受到广泛关注。尽管最近试图提高铂基纳米酶的催化效率(例如，PtCu，最好的体系之一)，但它们对ROS的清除能力仍然非常有限，对细菌或免疫细胞的ROS依赖的抗菌作用，导致不受控制和糖尿病伤口愈合不良。
因此， 北京大学 邓旭亮教授/郭少军教授/江久汇教授 和 华中科技大学 陈莉莉教授 等人 报道了一类新型多功能PtCuTe纳米片，它具有良好的催化、抗菌、促血管生成、抗炎和免疫调节性能，可促进糖尿病创面的愈合 。证明了PtCuTe纳米片比PtCu纳米片具有更强的ROS清除能力和更好的抗菌效果。该研究还发现，PtCuTe可以促进血管形成，刺激巨噬细胞向M2表型极化，并改善成纤维细胞的流动性，优于传统的PtCu。此外，PtCuTe促进了不同单元类型之间的串扰，形成了正反馈环路。因此，PtCuTe刺激了具有相关细胞群的生殖环境，以确保正常的组织修复。利用糖尿病小鼠模型，证明了PtCuTe显著促进了高度血管化的皮肤的再生，第8天创面闭合率超过90%，在已报道的可比多功能生物材料中是最好的。
文献链接：
Adv. Mater.：热-pH响应性聚合物偶联葡萄糖氧化酶可实现肿瘤选择性饥饿-氧化-免疫疗法
蛋白质药物越来越多地被用作治疗癌症的疗法。然而，其固有的缺点，如稳定性差、细胞膜和组织通透性低、缺乏肿瘤选择性和严重的副作用，限制了其在癌症治疗中的广泛应用。
为此， 北京大学 高卫平研究员 和 北京大学口腔医院 邓旭亮教授 等人 筛选了一种对热-pH敏感的聚合物-葡萄糖氧化酶偶联物，该偶联物可以可控地自组装成具有改进稳定性的纳米颗粒 。偶联物的大小、表面电荷和生物活性可以通过调节溶液温度和pH来调节。在酸性肿瘤微环境下，偶联物的细胞摄取、细胞内过氧化氢生成和肿瘤细胞球体穿透均大大增强，导致对肿瘤细胞的细胞毒性增加。在单次肿瘤内注射后，缀合物渗透到整个肿瘤组织中，但几乎没有扩散到正常组织中，因此可在小鼠中根除肿瘤而不产生副作用。同时，该缀合物可诱导强大的抗肿瘤免疫，有效抑制远处肿瘤的生长，特别是与免疫检查点抑制剂联合使用。这些发现为制备对酸性肿瘤微环境具有反应性的多功能蛋白质-聚合物缀合物提供了一种新的通用策略，可实现选择性肿瘤治疗。
文献链接：
Adv. Mater.：基于机器学习的人工智能评估生物材料诱导的干细胞谱系命运
目前对生物材料诱导的体外干细胞谱系命运的功能评估主要依赖于生物标志物依赖性方法，其准确性和效率有限。 北京大学 邓旭亮教授/张学慧副研究员 和 赖彬彬研究员 等人 报道了一种用于生物材料诱导的细胞谱系命运预测的“间充质干细胞分化预测（MeD-P）”框架 。MeD-P通过整合与人间充质干细胞（hMSCs）的三谱系分化（成骨、软骨生成和脂肪生成）相关的公共RNA-seq数据和使用k近邻（kNN）策略对hMSCs分化谱系进行分类的预测模型，包含细胞类型特异性基因表达谱作为参考。结果表明，MeD-P在测试数据集上的总体准确率为90.63%，显著高于基于经典标记基因构建的模型（80.21%）。此外，对多种生物材料的评估表明，MeD-P早在hMSCs培养的第一周就可以准确预测不同类型生物材料的谱系命运。总之，MeD-P是一种有效而准确的干细胞谱系命运预测和初步生物材料功能评估策略。
文献链接：
Adv. Mater.：迄今为止性能最好的仿生种植体周围人工韧带
具有优异机械强度和抗疲劳性的金属植入物是重建生理功能的硬组织替代物的主要选择。植入物的首要要求是骨整合，它实现了与周围骨骼的锚固，以支持日常的承重应用。然而，在长期的使用过程中，已建立的骨整合可能会被过载严重破坏，这是后来植入物失效的主要风险。因此，设计一种能量耗散的植入物来消除过载损伤是一种很有前途的预防骨损伤的策略。然而，现有的种植体只能单独实现骨整合或能量消散。在发展金属植入物作为永久性硬组织替代物的过程中，既需要骨整合来实现承重支撑，也需要能量消耗来防止超负荷引起的骨吸收。然而，在现有的植入物中，这两种特性只能单独实现。经过自然进化的优化，具有纤维束结构的牙齿-牙周韧带（PDLs）可以有效地协调承载和能量消耗，从而使牙齿-骨复合体在极高的咬合载荷(>300N)下拥有更长的寿命。
受牙周组织的启发， 北京大学口腔医学院 邓旭亮教授/卫彦教授 和 北京航空航天大学 的 郭林教授 、加利福尼亚大学伯克利分校 Robert O. Ritchie教授 合作， 通过聚合物浸润无定形二氧化钛纳米管阵列，模拟牙周组织结构，设计制备出仿生种植体周围的人工韧带（PIL），同时实现了骨整合和能量耗散 。人工韧带不仅由于其纳米结构和成分提供了优异的成骨诱导性，而且由于力传递模式和界面滑动的复杂性，也产生了类似牙周组织的能量耗散效应。韧带增加了超过18%的骨-种植体接触面积，同时减少了从种植体到种植体周围骨的有效应力转移≈30%（与钛植入物相比），这是迄今为止性能最好的结构。预计人工韧带的概念将为开发高性能的植入材料和延长寿命开辟新的可能性。
文献链接：
Adv. Mater.：手性特征通过细胞的机械感受调控间充质干细胞的分化
从仿生和组织修复需求的角度设计与构建高生物活性支架材料，实现细胞组织功能的选择性调控，促进骨组织修复重建成为口腔医学重要发展方向。在这一过程中，干细胞响应支架材料微环境特征引发功能分化差异的分子机制是科学问题的核心，是设计与构建具有“生物响应调控”功能的支架材料的理论基础与依据。生命体是长期自然进化的结果，是一个典型的多级多层次手性体系。作为生命体的基本构成单元，天然生物分子通常都是手性分子，高度的手性选择性是其执行生物学功能的前提。在生命发生过程中，这些手性分子自组装形成具有特殊立体构象和功能的生物结构，并进一步装配形成具有三维手性结构的细胞器、细胞外基质，从而形成组织和器官等更高级的生命体的宏观非对称性形态，行使相应功能。因此，手性选择的过程与规律不仅是生命起源的重大科学问题，也是再生医学支架材料活性功能设计的重要基础。
为此， 北京大学口腔医院 邓旭亮教授 与上海交通大学 冯传良教授 等人 利用苯丙氨酸的分子手性和自组装特性，深入研究了其组成的三维手性微环境如何调控干细胞命运，研究发现纳米纤维的左右旋超微手性组装可以有效调控粘附分子Fn 空间构象，引发整合素Itgα5β1 识别分子动力学差异，进而启动FAK-ERK-pERK 与YAP/RUNX2 力学信号传导，诱导BMSCs 成骨与成脂分化差异，揭示出超微手性结构是调控分子识别动力学、启动细胞微纳力学响应的关键特性 。这一发现不仅为理解生命起源中手性选择的过程与规律奠定了理论基础，也为设计与构建具有“生物响应调控”功能的支架材料提供重要启示。
文献链接：