ConspectusEngineered nanomaterials (ENMs) have been developed for imaging, drug delivery, diagnosis, and clinical therapeutic purposes because of their outstanding physicochemical characteristics. However, the function and ultimate efficiency of nanomedicines remain unsatisfactory for clinical application, mainly because of our insufficient understanding of nanomaterial/nanomedicine–biology (nano–bio) interactions. The nonequilibrated, complex, and heterogeneous nature of the biological milieu inevitably influences the dynamic bioidentity of nanoformulations at each site (i.e., the interfaces at different biological fluids (biofluids), environments, or biological structures) of nano–bio interactions. The continuous interplay between a nanomedicine and the biological molecules and structures in the biological environments can, for example, affect cellular uptake or completely alter the designed function of the nanomedicine. Accordingly, the weak and strong driving forces at the nano–bio interface may elicit structural reconformation, decrease bioactivity, and induce dysfunction of the nanomaterial and/or redox reactions with biological molecules, all of which may elicit unintended and unexpected biological outcomes. In contrast, these driving forces also can be manipulated to mitigate the toxicity of ENMs or improve the targeting abilities of ENMs. Therefore, a comprehensive understanding of the underlying mechanisms of nano–bio interactions is paramount for the intelligent design of safe and effective nanomedicines.In this Account, we summarize our recent progress in probing the nano–bio interaction of nanomedicines, focusing on the driving force and redox reaction at the nano–bio interface, which have been recognized as the main factors that regulate the functions and toxicities of nanomedicines. First, we provide insight into the driving force that shapes the boundary of different nano–bio interfaces (including proteins, cell membranes, and biofluids), for instance, hydrophobic, electrostatic, hydrogen bond, molecular recognition, metal-coordinate, and stereoselective interactions that influence the different nano–bio interactions at each contact site in the biological environment. The physicochemical properties of both the nanoparticle and the biomolecule are varied, causing structure recombination, dysfunction, and bioactivity loss of proteins; correspondingly, the surface properties, biological functions, intracellular uptake pathways, and fate of ENMs are also influenced. Second, with the help of these driving forces, four kinds of redox interactions with reactive oxygen species (ROS), antioxidant, sorbate, and the prosthetic group of oxidoreductases are utilized to regulate the intracellular redox equilibrium and construct synergetic nanomedicines for combating bacteria and cancers. Three kinds of electron-transfer mechanisms are involved in designing nanomedicines, including direct electron injection, sorbate-mediated, and irradiation-induced processes. Finally, we discuss the factors that influence the nano–bio interactions and propose corresponding strategies to manipulate the nano–bio interactions for advancing nanomedicine design. We expect our efforts in understanding the nano–bio interaction and the future development of this field will bring nanomedicine to human use more quickly.

During pancreatic tumor development, pancreatic stellate cells (PSCs) proliferate exuberantly to secrete extracellular matrix (ECM) in the tumor stroma, which presents major barriers for drug delivery and penetration in tumor tissue. Thus, down-regulating ECM levels via regulation of the PSCs may allow enhanced penetration of therapeutic drugs and thereby enhancing their therapeutic efficacy. To regulate the PSCs, a matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) responsive peptide-hybrid liposome (MRPL) was constructed via coassembly of a tailor-designed MMP-2 responsive amphiphilic peptide and phospholipids. By utilizing the MMP-2-rich pathological environment, the pirfenidone (PFD) loaded MRPL (MRPL-PFD) can specifically release PFD at the pancreatic tumor site and down-regulate the multiple components of ECM expressed by the PSCs. This resulted in a significant increase in the penetration of gemcitabine into the tumor tissue and enhanced the efficacy of gemcitabine for pancreatic tumor. Our design tailored for antifibrosis of pancreatic cancer may provide a practical approach to build functional liposomes through supramolecular assembly, and regulation of ECM may be a promising adjuvant therapeutic strategy for pancreatic and other ECM-rich tumors.

Consecutive uranium extraction from seawater is a promising approach to secure the long-term supply of uranium and the sustainability of nuclear energy. Here, we report an ultra-highly efficient strategy via studtite nanodots growth with impressive uranyl uptake capacity of ~ 154.50 mg/g from natural seawater in 12 consecutive days (i.e., average for ~ 12.875 mg/g/day). Uranyl can be extracted as studtite under visible light via the reaction between the adsorbed uranyl and the photogenerated H2O2 with imine-based Covalent-Organic Framework photocatalysts. In detail, over Tp-Bpy, Tp-Bpy-2 and Tp-Py with multiple uranyl chelating sites, uranyl is found extracted as studtite nanodots which can be eluted readily, while over Tp-Bd and Tb-Bpy, uranyl is transformed into studtite nanorods that is more inert for elution. Abundant chelating sites of uranyl via structural regulation of COF photocatalysts are proved to facilitate the formation and efficient elution of studtite nanodots. The continuous extraction of uranium from seawater is desired to sustain nuclear power technology and the development of uranyl up-recycle approaches remain a challenge. Here the authors report the uranyl consecutive extraction as studtite nanodots under visible light employing covalent-organic frameworks as photocatalysts.

5514 Background: Cervical cancer is the fourth common malignancy in women, with a 5-year overall survival rate of 24%-76.1%. At present, there are few studies on targeted drugs combined with concurrent chemoradiotherapy (CCRT) for locally advanced cervical cancer (LACC) and the survival results were not satisfactory. This CC3 study is the first randomized, controlled, multicenter phase 3 trial of EGFR combined with CCRT for advanced cervical cancer, aims to evaluate the efficacy and safety of nimotuzumab (humanized EGFR) in combination with CCRT for LACC. (NCT04678791). Methods: All patients with locally advanced cervical squamous cell carcinoma were randomized (1:1) to receive nimotuzumab (400mg, iv, weekly, for 6 weeks) combined with CCRT (cisplatin: 40 mg/m 2 , weekly, for 6 weeks; IMRT/VMAT: 45-50.4 Gy/25-28f; high-dose rate brachytherapy: 30-40 Gy, in 8 weeks) or CCRT alone. The primary endpoint was 3-year progression free survival (PFS) per RECIST 1.1. The secondary endpoints were 3-year overall survival (OS), objective response rate (ORR), complete response (CR) rate per RECIST v1.1, and safety per CTCAE v5.0. Results: Totally 286 patients were enrolled. 142 patients in the Nimo group (nimotuzumab combined with CCRT) and 144 in the CCRT group (CCRT alone). The baseline characteristics were balanced between the two groups. The 1-year PFS rate of the Nimo group was longer than that of CCRT group (96.1% vs. 92.1%, P=0.506). There was no significant difference in the risk ratio between the two groups (HR=0.76, 95% CI: 0.33-1.72, P=0.507), the 3-year PFS and 3-year OS were not reached. A total of 62 (43.99%) patients achieved partial response (PR) and 57 (40.14%) achieved CR in the Nimo group, 50 (34.72%) and 57 (39.58%) in the CCRT group, respectively. The ORR was 83.80% vs. 74.31% (P=0.049). The most common AEs were graded 1-2 as reported before. Follow-up is ongoing. Conclusions: Nimotuzumab combined with CCRT showed significant ORR improvement, longer trend in PFS and good safety in the treatment of LACC patients. Clinical trial information: NCT04678791 . [Table: see text]

Messenger RNA (mRNA) vaccine has fueled a great hope for cancer immunotherapy. However, low immunogenicity, caused by inefficient mRNA expression and weak immune stimulation, hampers the efficacy of mRNA vaccines. Here, we present an mRNA compartmentalization–based cancer vaccine, comprising a multimodule DNA nanostructure (MMDNS)–assembled compartment for efficient mRNA translation via in situ localizing mRNA concentration and relevant reaction molecules. The MMDNS is constructed via programmable DNA hybridization chain reaction (HCR)–based strategy, with integrating antigen-coded mRNA, CpG oligodeoxynucleotides (ODNs), acidic-responsive DNA sequence, and dendritic cells targeting aptamer. MMDNS undergoes in situ assembly in acidic lysosomes to form a micro-sized aggregate, inducing an enhanced CpG ODN adjuvant efficacy. Subsequently, the aggregates escape into cytoplasm, providing a moderate compartment which supports the efficient translation of spatially proximal mRNA transcripts via localizing relevant reaction molecules. The mRNA compartmentalization–based vaccine boosts a strong immune response and effectively inhibits tumor growth and metastasis, offering a robust strategy for cancer immunotherapy.

Swimming venues provide various services based on water as the carrier, but studies on their water use are few. This study constructed a stochastic model to quantify the water use efficiency of indoor swimming venues under different scenarios based on Monte Carlo simulation. It explored the impact of shower behavior, swimming pool replenishment rate, and appliance water efficiency on water use efficiency in swimming venues. The results show that the indoor swimming pool replenishment volume and shower water use accounted for relatively high proportions and are relatively stable, with a total of about 81 % of the total water use; the model could effectively quantify the water demand in swimming pools under different scenarios. The theoretical water withdrawal of the swimming pool per unit volume under the saving mode and the reasonable mode are 26.32 m3/(m3·a) and 34.71 m3/(m3·a) respectively, which are comparable to the water use quota values of swimming venues by region in China. Conclusions could be drawn from sensitivity analysis that replenishment rate is the most important factor affecting the water withdrawal per unit volume of the swimming pool, followed by shower duration. This study provides theoretical basis for water-saving management to swimming venue managers, and reference for different industries to carry out research on the mechanism of water use behavior and water demand analysis.

A balanced dielectric resonator filtering power divider with isolation performance is proposed. By using the coupling of the TE111y modes between three rectangle dielectric resonators, combined with balanced feed structures, the differential-mode filtering and power dividing functions, as well as the common-mode suppression were achieved effectively. Additionally, by technically utilizing the hollow structure of the stacked substrates, isolation resistor structures are introduced at the two output ports to improve the isolation level of the power divider. It can solve the problem of traditional metal-cavity dielectric resonator filter power dividers being unable to add isolation structures due to structural reasons. Compared with the reported dielectric resonator filtering power dividers, the proposed one has the characters of a lower profile and high isolation. For demonstration, one dielectric resonator filtering power divider was fabricated and measured at 11.65 GHz with the profile of 0.66 λg and an isolation higher than 15 dB. The simulation results are in good agreement with the measured results.