谷戰軍課題組

Small:基于多功能納米材料的新型CO遞釋策略及其生物醫學應用

2019-11-15 09:14來源:MaterialsViews微信公眾號瀏覽數:174 


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近年來,具有“綠色療法”之稱的氣體治療(包括NO, CO, H2S, SO2, O2, H2等)逐漸成為生物醫學領域的研究熱點。然而,長期以來,CO(Carbon monoxide, 一氧化碳)一直被認為是一種無色無味,損害健康,污染環境的有毒氣體。直到1968年,研究人員發現哺乳動物體內存在血紅素氧合酶,其作為血紅素降解的限速酶,可以誘導細胞產生內源性CO。隨后,越來越多的研究證實內源性CO是哺乳動物體內重要的信使分子,具有舒張血管、抑制血小板聚集、抑制炎癥反應、調控細胞增殖與凋亡等多種生物學功能。這些獨特的生物學特性促使研究人員設計合成具有釋放CO功能的CO供體分子(CO releasing molecules, CORMs),并將這些低分子量CORMs用于多種疾病的治療,例如缺血/再灌注損傷、器官移植、炎癥、敗血癥、微生物感染和癌癥等。但現有的低分子量CO供體分子普遍存在隨機擴散、溶解性差、潛在毒性、缺乏靶向性和可控性差等缺點,影響了CO在生物體內的分布以及作用靶點,進而產生不必要的毒副作用。因此,開發新型CO可控遞釋系統來克服上述缺點是非常有必要的。

多功能納米材料和納米技術的興起有望改善CO氣體治療存在的不足。借助納米技術,可將多功能納米載體與CO供體分子或者單純CO氣體分子進行整合,構建新型CO可控釋放平臺。一方面,納米材料(例如多孔材料)可以通過化學共價或物理吸附等方式提高疏水性CO供體分子的負載量,有助于克服CO供體分子在生理環境中的穩定性和溶解性問題并增強其藥代動力學性能(例如延長氣體釋放的半衰期);另一方面,相較于小分子量的CO供體分子,CO納米控釋體系可以實現CO分子的靶向性和可控釋放,可通過被動的高滲透長滯留效應(Enhanced permeability and retention effect, EPR)或主動靶向作用提高低分子量的CO供體分子在病灶部位富集,極大地改善CO供體分子的生物分布和生物利用度,且有助于使它們在健康組織中的副作用最小化;此外,一些納米材料具有獨特的外源性響應(例如光, 熱, 電, 機械波, 磁場)和內源性(例如pH, H2O2, 酶)響應的特性,這使得構建的智能響應型CO納米控釋體系可以對特殊刺激條件做出響應,以誘導CO氣體的定點、定時、按需可控釋放,進而實現高效、低毒的疾病治療。因此,基于納米材料的CO控釋體系具有重要的潛在生物醫學應用前景。

中國科學院高能物理研究所谷戰軍研究員與山西醫科大學張輝教授合作撰寫了綜述文章,圍繞目前新興的CO氣體納米醫學研究領域的CO體內控釋這一核心問題,重點介紹了CO輸運和控釋體系的構建策略與研究進展及新型CO釋放納米材料在腫瘤、炎癥、心血管系統疾病以及微生物感染等生物醫學領域的應用潛力,并對CO氣體治療的獨特優勢和潛在的分子機制進行了簡要概述。最后,作者對該領域當前面臨的挑戰和未來的發展方向做出了深入思考和前瞻性的展望。相關綜述以“Emerging Delivery Strategies of Carbon Monoxide for Therapeutic Applications: from CO Gas to CO Releasing Nanomaterials”為題發表在Small 期刊上(DOI: 10.1002/smll.201904382)。

原文鏈接:Yan Haili, Du Jiangfeng, Zhu Shuang, Nie Guangjun, Zhang Hui, Gu Zhanjun, Zhao Yuliang. Emerging Delivery Strategies of Carbon Monoxide for Therapeutic Applications: from CO Gas to CO Releasing Nanomaterials. Small. 2019, 1904382. https://doi.org/10.1002/smll.201904382


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