催化纳米酶在神经系统疾病中的应用取得新进展

admin   2019-10-16 14:28:02   6396

相关论文:Carbogenic Nanozyme with Ultrahigh Reactive Nitrogen Species Selectivity for Traumatic Brain,RedoxTrimetallic Nanozyme with Neutral Environment Preference for Brain Injury
课题组:张晓东

  催化纳米酶在神经系统疾病中的应用取得新进展纳米酶在生物医学领域引起了广泛的关注,渴望寻求一种在生理环境中具有高催化活性的材料。目前,纳米酶的催化选择性仍具有很强挑战性,这也是限制其广泛应用的原因之一。在此,long8唯一官方网站张晓东教授课题组利用体外酶模拟实验和密度泛函理论计算分析,报导了一种具有高催化活性和环境选择性的PtPdMo三金属(triM)纳米酶在脑损伤中的应用。该体系具有多酶模拟活性,尤其是对1O2、H2O2、•OH和•NO等活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的清除。重要的是,triM纳米酶在清除•OH、1O2和•NO自由基方面表现出明显的中性环境偏好,表明其具有很高的催化选择性。密度泛函理论(DFT)计算表明,triM纳米酶可以很容易地捕获电子,并且在中性环境中对活性氧和氮自由基具有更强的吸引力。体外实验表明,triM纳米酶能提高损伤神经细胞的存活率。在LPS诱导的脑损伤模型中,超氧化物歧化酶(SOD)活性和脂质过氧化作用可在triM纳米酶处理后得到明显恢复。此外,triM纳米酶治疗可以显著提高受伤小鼠的存活率、改善神经炎症和记忆能力。本工作为提高纳米酶在生理环境中的选择性以及探索其在脑科学中的潜在应用提供了一条可行的途径。


  活性氧和活性氮自由基(RONS)作为神经系统疾病产生的中间产物,尤其是活性氮自由基,会对创伤性脑损伤(TBI)带来持续性的伤害。因此,除了金属纳米酶,张晓东教授课题组针对这一问题还开发了一种碳源纳米酶,发现其具有超高活性氮自由基选择性,同时研究了其在创伤性脑损伤中的应用。该纳米酶的抗氧化活性是抗坏血酸(AA)的12倍,并表现出多种类酶活性。重要的是,纳米酶对高活性•NO、ONOO-等活性氮以及、H2O2、•OH等传统活性氧自由基具有超高的清除效率(是AA的16倍)。体外实验表明,过氧化氢或脂多糖刺激损伤后的神经元细胞经碳源纳米酶治疗后,可通过清除各种RONS而显著恢复。此外,基于自身的多种类酶活性,碳源纳米酶能够消除损伤小鼠体内有害的过氧化氢和谷胱甘肽二硫键,具有治疗急性脑外伤的潜力。


  关于金属纳米酶的研究结果于2019年2月12日发表在美国化学学会的ACS Nano(DOI:10.1021/acsnano.8b08045)杂志上,文章题为Redox Trimetallic Nanozyme with Neutral Environment Preference for Brain Injury。关于碳纳米酶的结果于2019年6月18日发表在Nano Letters (DOI:10.1021/acs.nanolett. 9b01333)杂志上,文章题为Carbogenic Nanozyme with Ultrahigh Reactive Nitrogen Species Selectivity for Traumatic Brain。上述工作由long8唯一官方网站主持完成,long8唯一官方网站理学院long8唯一为该论文的第一单位,穆晓宇博士为论文的第一作者;中山大学,中国石油大学,天津医科大学总医院,北京协和医学院等国内多家大学和科研机构参与其中。


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