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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)胡進(jìn)明課題組在氣體遞質(zhì)高分子材料領(lǐng)域取得系列進(jìn)展

來(lái)源:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)      2022-05-23
導(dǎo)讀:一氧化氮 (NO)、一氧化碳 (CO) 和硫化氫 (H2S) 是生物體內(nèi)源性氣體遞質(zhì) (Gasotransmitter),具有重要的生理/病理功能,同時(shí)也具有優(yōu)異的抗炎和抗菌活性。鑒于氣體遞質(zhì)在治療心腦血管疾病 (人類(lèi)死亡的“頭號(hào)殺手”) 和呼吸系統(tǒng)疾病 (如當(dāng)前全球爆發(fā)的新冠肺炎) 方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和明確療效,發(fā)展氣體遞質(zhì)藥物受到了廣泛關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的固體和液體藥物,氣體遞質(zhì)不能通過(guò)口服、注射、透皮等方式給藥;在生理?xiàng)l件下易代謝、半衰期極短,吸入給藥后主要作用于肺部,難以到達(dá)其它病灶部位。針對(duì)上述問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院胡進(jìn)明課題組在氣體遞質(zhì)的可控遞送方面開(kāi)展了系列工作,初步探索了氣體遞質(zhì)高分子材料在治療炎癥和感染類(lèi)疾病方面的潛在應(yīng)用。

圖1、構(gòu)建耐氧性光氧化還原催化驅(qū)動(dòng)的一氧化氮遞送體系。

近期,胡進(jìn)明課題組與劉世勇教授課題組和肖石燕課題組開(kāi)展合作,報(bào)道了一種耐氧型光氧化還原催化調(diào)控NO釋放的策略,并成功用于細(xì)菌感染治療。以紫外光吸收N,N′-二亞硝基-1,4-苯二胺類(lèi)光響應(yīng)NO釋放分子 (BNN-NO2和BNN) 作為研究對(duì)象;研究表明,BNN-NO2和BNN在可見(jiàn)光 (500 nm) 輻照下被光催化劑三(2-苯基吡啶)合銥 (fac-Ir(ppy)3) 激活并釋放NO。有趣的是,NO釋放后BNN-NO2和BNN可自發(fā)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的醌二亞胺 (QDI) 結(jié)構(gòu),原位清除產(chǎn)生的活性氧 (ROS),實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的氧氣耐受性能。雖然光氧化還原催化已廣泛用于有機(jī)合成中,但在生理環(huán)境下利用光氧化還原催化反應(yīng)激活生物活性分子仍然面臨巨大挑戰(zhàn)——由于生理環(huán)境的復(fù)雜性,光氧化還原催化反應(yīng)往往受到周?chē)锓肿拥挠绊?nbsp;(如氧氣會(huì)嚴(yán)重淬滅光催化劑的激發(fā)態(tài))。

圖2、光氧化還原催化觸發(fā)一氧化氮釋放實(shí)現(xiàn)細(xì)胞膜超極化和菌膜滲透性增強(qiáng),有效殺滅耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA)。

研究人員通過(guò)共聚將BNN-NO2或BNN引入兩親性嵌段聚合物中,負(fù)載光催化劑fac-Ir(ppy)3后可得到均勻膠束納米粒子。在可見(jiàn)光輻照下,在無(wú)需額外添加氧氣清除劑的條件下成功實(shí)現(xiàn)了NO的觸發(fā)釋放,同時(shí)伴隨著水中溶解氧含量的自發(fā)下降。體外抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該NO釋放膠束可使細(xì)菌膜電位超極化并增加細(xì)菌膜滲透性從而達(dá)到殺滅細(xì)菌的效果。在小鼠全皮層細(xì)菌感染創(chuàng)傷模型中,光氧化還原催化觸發(fā)NO釋放可有效治療耐甲氧西林金黃色葡萄球菌 (MRSA) 傷口感染并促進(jìn)傷口愈合。本工作為探索光氧化還原催化的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了有益參考,其獨(dú)特的氧氣耐受性有效避免了生理環(huán)境下氧對(duì)光氧化還原催化的不利影響。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)培育基金等資助。


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