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涂盈锋教授团队在氢动力微纳米马达精准治疗领域取得重要进展

发布时间:2021年02月25日 浏览次数:

近日,我院涂盈锋教授带领的纳米药物制剂课题组首次提出了镁基氢动力微纳米马达用于主动且精准地抗炎治疗。通过镁-水反应产生的氢气不仅可以作为马达运动的动力来源,还可以有效地降低体内的氧化应激及炎症因子水平,为实现炎症和氧化相关疾病的精准治疗提供了一种新的策略。相关研究成果分别发表在国际期刊Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202009475)及Nano Letters(DOI:10.1021/acs.nanolett.0c04438)上。

氢气治疗是一种新兴的、有前途的治疗手段。作为还原性气体,氢气能够特异性地清除具有高细胞毒性的活性氧,包括·OH和ONOO,但同时又保留了正常信号所需的其他活性氧,这非常有利于抗氧化及抗炎治疗。微纳米马达(micro- and nanomotors)能够将化学能或外部能量转换成自身动能以应用于生物医学领域。通过近十几年的发展,微纳米马达已经成为了该领域的研究热点。而镁基马达中的主体结构金属镁可以与水发生化学反应生成氢气,那么如果能够利用其产生的氢气来进行主动地氢气治疗,将大幅提高氢气的生物疗效。

针对这一问题,该团队通过对镁球进行不对称修饰制备得到具有Janus结构的氢动力镁基马达,分别用于脑缺血再灌注损伤和类风湿关节炎的治疗。当镁与水生成的氢气推动镁基马达运动的同时,镁基马达的运动也能够进一步促进氢气的扩散。因此与单纯的氢气治疗相比,利用镁基马达进行主动的氢气治疗能够更加有效地清除疾病区域的氧自由基及炎症因子。

在脑缺血再灌注损伤的治疗中,镁基马达的自主运动能够实现氢气的可控释放及增强扩散。通过脑立体定向仪将镁基马达精确地注射到目标区域,利用马达产生氢气的抗氧化、抗炎作用来减轻脑缺血再灌注损伤,从而实现急性缺血性中风的精准治疗。该研究成果以“Hydrogen‐Powered Microswimmers for Precise and Active Hydrogen Therapy Towards Acute Ischemic Stroke”为题,在国际材料科学期刊Advanced Functional Materials(IF=16.836)在线发表。我院涂盈锋教授、刘叔文教授、刘坤博士、中山大学材料科学与工程学院彭飞教授为本文的共同通讯作者。我院博士研究生王双虎和刘坤博士为本文的共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金、广东省青年珠江学者项目的支持。

在此基础上,该团队继续以镁微球为核心,引入透明质酸水凝胶和生物可降解聚合物PLGA,构建出了可完全降解的镁-透明质酸微马达用于类风湿关节炎的治疗。制备得到镁基马达具有典型Janus结构,通过原位持续产生氢气,其运动速度可达45.7μm/s,从而增强了氢气主动递送的效能,提高了其在细胞外和细胞内的抗氧化能力。利用超声引导下的精准注射,镁基马达能持续高效产氢并主动递送氢气清除ROS及发挥抗炎作用。且镁基马达的透明质酸层对关节和软骨具有一定的保护作用,有效地延缓了类风湿关节炎的进程。该研究成果以“Magnesium-based Micromotors as Hydrogen Generators for Precise Rheumatoid Arthritis Therapy”为题,在美国化学会纳米领域期刊Nano Letters (IF=11.238)在线发表。南方医院李颖嘉教授、我院涂盈锋教授及中山大学彭飞教授为本文共同通讯作者,南方医科大学南方医院博士研究生许琮、我院博士研究生王双虎、南方医院硕士研究生王虹为本文的共同第一作者,该研究受到国家自然科学基金、广州市科技项目的支持。

上述研究的氢动力镁马达治疗体系具有原位主动递氢、精准治疗的特点,对促进微纳米马达的临床转化具有积极意义。