科學家開發超聲響應性納米酶水凝膠，促進慢性感染傷口快速癒合

自由基被認爲是“萬病之源”，無論是癌症、衰老還是慢性傷口，其根源都是自由基的過量表達。需要了解的是，自由基在身體內會不斷地產生，但是當自由基累積到一定程度時，便會導致疾病的發生。

以創面傷口爲例，現在中國社會老齡化問題嚴重，老年羣體面臨的問題之一，是長期臥牀等原因導致的褥瘡，即創面感染及創面不癒合；另一方面，大量的糖尿病人會出現的難以癒合的糖尿病傷口等，此類問題嚴重影響着他們的生活質量甚至威脅生命。自由基的過量表達導致的炎症環境，是阻礙上述創面癒合的最根本原因之一。

從實際需求層面，創面修復與創面的抗炎治療非常重要。從科學的角度來看，創面修復需要解決的問題相對複雜。如果是普通的創面，依賴人類機體的再生能力，便可以進行傷口的自主修復，而無需特殊的干預或治療。但是，面對炎症反應劇烈的創面，例如糖尿病傷口、感染傷口或老年羣體的褥瘡等，往往會出現創面不易癒合或無法癒合的情況。

是否能夠通過科學的方法，徹底地消滅炎症呢？在納米醫學領域，科學家通常使用納米酶作爲治療策略，但這是一種“治標”的方法，即發生炎症後去治療炎症，而後續炎症還會繼續發生。

那麼，能不能從根源去消滅炎症，創造一種“治標又治本”的方法呢？也就是說，不僅要高效地清除已產生的自由基，而且還能夠充分調動起我們機體自身的抗自由基效應，比如谷胱甘肽、M2 型巨噬細胞（一種抗炎的能力很強的巨噬細胞）等，實現“標本兼治”。

圖丨姬曉元（來源：）

基於此，天津大學與哈佛大學、廣東工業大學團隊合作，開發了一種基於納米酶的超聲水凝膠。通過設計動態共價-金屬有機配位作爲合成模板，將波納米顆粒集成爲鉑納米“粒子球”。

其不僅利用自身類過氧化氫酶、過氧化物酶活性能夠將已產生的自由基全部消滅，還可以在一定的超聲刺激下，通過催化模擬谷胱甘肽還原酶的活性，激活人體內原有的抗氧化機制，即激活谷胱甘肽再生的能力，進一步增強了對活性氧自由基的清除能力。谷胱甘肽作爲人體內最重要的抗氧化劑，可以把表達不足的谷胱甘肽從氧化型轉變爲還原型。最終，還原型谷胱甘肽便能夠源源不斷地將產生的自由基全部消滅。

從更深層面的免疫能力調控來看，基於納米酶的超聲水凝膠激發谷胱甘肽還原酶後，可以進一步將巨噬細胞從原來促炎症型 M1 調整爲抗炎症型的 M2 ，進而通過提升細胞增殖和遷移能力實現慢性傷口癒合，達到“治標”及“治本”的雙重目的。

圖丨相關論文（來源：Materials Horizons）

近日，相關論文以《用超聲增強納米酶水凝膠支架修復感染傷口》（）爲題發表在 Materials Horizons[1]。廣東工業大學副教授，天津大學爲論文共同第一作者，天津大學教授、哈佛醫學院教授和古賽揚（）教授、廣東工業大學教授爲論文共同通訊作者。

圖丨超聲介導下鉑納米粒子聚集體的傷口癒合策略（來源：Materials Horizons）

短期來看，該課題組計劃將納米酶水凝膠製備成一種敷料，有望應用於治療慢性感染傷口，例如炎症傷口、糖尿病人傷口、老年羣體的褥瘡等。“這種敷料類似於創口貼，患者在使用後可以撕掉後再更換新的敷料。並且，這種敷料由於不涉及昂貴的藥物，成本相對較低，也易於更廣泛的人羣使用。”說。

該材料的主要成分納米酶由於是一種無機結構，其優點之一是穩定性高。“如果將其做成敷料貼在人體皮膚表面，通過超聲刺激直到傷口完全癒合，納米酶的活性能夠保障持續到最後。”補充說道。

從更長遠的發展來看，如果將該策略應用到臨牀，則需要長期的安全性評估，包括無機納米顆粒的毒副作用等。例如，將其做成類似醫用納米機器人的系統。與其等到人體器官或組織發生病變後再去治療，不如建立一種提前預防的機制。

表示，“這樣它們能夠像在體內‘巡航’一樣，一旦發現炎症便可立刻消滅，這也是我們未來努力的方向。”

圖丨不同治療方法的癒合過程（來源：Materials Horizons）

自由基的智能調控是的研究方向之一，該研究通過降低自由基實現促進傷口癒合的效果。相反地，如果產生自由基則有望用來殺傷腫瘤細胞。近期，課題組開發了一種新型材料，能夠用於結直腸癌的治療。研究人員利用靜脈注射及直腸灌注兩種不同給藥方式後，相關結果顯示，該材料通過特異性刺激能夠產生大量的自由基，高效地殺傷結直腸癌細胞[2]。

據瞭解，於 2022 年被科睿唯安評爲“全球高被引科學家”，併入圍全球前 2% 頂尖科學家。本次研究涉及多學科交叉，其主要思路與催化的科研背景和“跨界思維”密不可分。他表示，各專業領域的“卡脖子”的問題可能長期未被攻克，但如果從學科交叉角度，其他專業可能將“大問題”轉化爲“小問題”，因此跨學科的合作必不可少。

參考資料：

1.Zhang，F.,Kang，Y., et al. Infected wound repair with an ultrasound-enhanced nanozyme hydrogel scaffold.Materials Horizons(2023).

https://doi.org/10.1039/D3MH01054F

2.Yuan, X., Kang, Y., Dong, J. et al. Self-triggered thermoelectric nanoheterojunction for cancer catalytic and immunotherapy. Nature Communications 14, 5140 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40954-y

運營/排版：何晨龍

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