本文概覽

炎癥性腸?。↖BD）每年影響全球數(shù)百萬(wàn)人。腸道活性氧（ROS）在IBD的生理病理學(xué)中起關(guān)鍵作用。納米酶在ROS相關(guān)炎癥期間可以調(diào)節(jié)氧化還原穩(wěn)態(tài)，能夠有效治療IBD。然而，用于IBD治療的口服、耐酸、抗氧化納米酶的開發(fā)仍具有挑戰(zhàn)性。

本文建立了九層高通量篩選策略，以滿足多方面的 IBD 治療需求，包括內(nèi)在穩(wěn)定性、放射性、溶解度、腸道微生物組毒性、仿生元素、中間前沿分子軌道、反應(yīng)能壘、負(fù)電荷和酸 寬容。?Ni3S4從146323個(gè)候選材料中被選為最佳匹配材料，其表現(xiàn)出超氧化物歧化酶-過(guò)氧化氫酶雙酶樣活性，并且活性比天然酶高3.13倍和1.80倍。正如小鼠模型所證明的，Ni3S4 在胃腸道中穩(wěn)定且無(wú)毒性，并且專門針對(duì)患病結(jié)腸以減輕氧化應(yīng)激。RNA和16S rRNA測(cè)序分析表明，Ni3S4有效抑制促炎因子的細(xì)胞途徑并恢復(fù)腸道微生物群。這項(xiàng)研究并未開發(fā)出一種用于 IBD 治療的高效口服級(jí)聯(lián)納米酶，而是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法為納米醫(yī)學(xué)的合理設(shè)計(jì)提供了下一代范例。

2023年8月23日，青島科技大學(xué)朱之靈及復(fù)旦大學(xué)楊冬琴共同通訊在Advanced Materials在線發(fā)表題為“Rational Design of Orally Administered Cascade Nanozyme for Inflammatory Bowel Disease Therapy”的研究論文。

本文亮點(diǎn)

1、利用理性設(shè)計(jì)的策略,構(gòu)建了一個(gè)層層嵌套的級(jí)聯(lián)納米酶系統(tǒng)。

2、該系統(tǒng)集成了催化、靶向和控釋功能,可以定點(diǎn)釋放并激活藥物。

3、采用口服給藥方式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)腸道疾病灶位的精確治療。

4、該級(jí)聯(lián)納米酶展示出良好的生物相容性和生物穩(wěn)定性。

6、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)治療炎癥性腸病的顯著療效。

7、實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)聯(lián)反應(yīng)系統(tǒng)的臨床轉(zhuǎn)化,為炎癥性腸病提供了創(chuàng)新型治療策略。

8、該策略可拓展至構(gòu)建其他定點(diǎn)釋放治療平臺(tái)。

9、證明了理性設(shè)計(jì)在構(gòu)建精準(zhǔn)療效的納米醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)。

10、為仿生自然的級(jí)聯(lián)反應(yīng)系統(tǒng)提供了范例。

圖文參考

圖1.IBD納米酶療法機(jī)制和預(yù)測(cè)IBD治療性納米酶的九層高通量篩選框架

圖 2.類雙酶納米酶的能量水平標(biāo)準(zhǔn)。

圖3. IBD 特征的計(jì)算篩選。

圖4. 四種材料的結(jié)構(gòu)表征和ROS清除能力。

圖5.Ni3S4 保護(hù) RAW264.7 細(xì)胞免受 ROS 誘導(dǎo)的損傷。

圖6.Ni3S4 在 DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠模型中的治療效果。

圖7.Ni3S4 干預(yù) DSS 誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的 RNA 序列分析。

圖8.Ni3S4 對(duì)腸道微生物群的調(diào)節(jié)。

總結(jié)

該研究通過(guò)高通量計(jì)算來(lái)查找用于IBD治療的納米酶該策略通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、篩選標(biāo)準(zhǔn)、DFT計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，將多方面的治療需求轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的材料特征，并從材料項(xiàng)目（MP）數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出超過(guò)146323種無(wú)機(jī)材料。高通量篩選框架包括九個(gè)層次:內(nèi)在穩(wěn)定性、放射性、溶解性、腸道微生物組毒性、仿生元素、中間前沿分子軌道（iFMO）、反應(yīng)能壘、負(fù)電荷和耐酸性。作者鑒定出60種具有類SOD-CAT雙酶活性的材料，用于IBD治療的最佳納米酶為Ni3S4。為了驗(yàn)證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，該團(tuán)隊(duì)合成了預(yù)測(cè)的60種材料中類SOD-CAT性能最好的4種材料（Ni3S4、Cu3Se2、MnTiO3和Cu2SnS3），并通過(guò)理化和生物學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行了檢驗(yàn)。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均證明能夠滿足IBD的治療需求。使用RNA測(cè)序（RNA-seq）和16S核糖體RNA測(cè)序（16S rRNA-seq）闡明了IBD納米酶療法的分子機(jī)制。