J. Am. Chem. Soc：模拟抗氧化酶的MOF-818纳米酶用于糖尿病伤口的治疗

以下文章来源于纳米生物技术 ，作者鬼笔环肽幕后写手

中科院长春应化所Youxing Fang 和shaojun Dong等人在J. Am. Chem. Soc 上发表题为“Specifc Nanodrug for Diabetic Chronic Wounds Based on Antioxidase-Mimicking MOF-818 Nanozymes”的研究论文。

慢性伤口是糖尿病患者常见的并发症，给患者带来诸多不便、持续疼痛和巨大的经济负担。然而，目前的临床治疗糖尿病慢性伤口仍不令人满意。慢性伤口的炎症期延长却对伤口愈合无效是糖尿病慢性伤口与正常伤口的主要区别。在此，研究人员提出了一种有效的抗氧化系统(MOF/Gel)，通过将具有抗氧化酶样活性的金属有机框架(MOF)纳米酶与水凝胶(Gel)结合，用于糖尿病大鼠的慢性伤口愈合。MOF/Gel能够持续清除活性氧，调节糖尿病慢性创面氧化应激微环境，使创面由炎症期自然过渡到增殖期。令人印象深刻的是，一次性应用的MOF/Gel的效果与人类表皮生长因子凝胶相当，后者是一种广泛用于各种伤口治疗的临床药物。这种有效、安全、便捷的MOF/Gel系统可以满足复杂的临床需求。

纳米酶是一种具有类酶活性的固有纳米材料，具有成本低、稳定性高等优点，正在成为天然酶在疾病治疗中的有前景的替代品。在过去的几年中，具有CAT-、SOD-和GPx样活性的纳米材料被特别地用作抗氧化纳米酶来治疗一些常见疾病例如，二氧化铈、氧化锰、钒基纳米材料、普鲁士蓝、碳材料和金属有机框架(MOF)材料都已成功应用于器官炎症。大量的金属和金属氧化物通过调节氧化还原环境在神经系统疾病的治疗中显示出巨大的潜力。不幸的是，很少有研究表明抗氧化纳米酶通过清除过量的活性氧来参与伤口愈合过程，尽管许多研究表明氧化酶和过氧化物酶纳米酶通过增加活性氧的产生来预防伤口感染。实际上，伤口愈合，特别是难治性伤口愈合，是一个更复杂、多步骤的生物过程，并已被认识到受到氧化应激的极大影响。因此，纳米酶在创面愈合领域的发展备受期待，同时需要考虑这些新型抗氧化材料的平衡要求，这些材料具有高活性、持续有效、良好的分散性、多酶模拟能力和良好的生物相容性。

基于MOF的材料由于其金属节点和有机配体的可定制组合而获得了越来越多的关注。特别是，基于MOFs的纳米材料是生物医学/生物传感的有希望的候选者，因为它们具有以下几个独特的特性:高比表面积和高负载容量的孔隙率;稳定但可降解的结构，可按需降解;和良好的分散性和生物相容性，确保医疗应用的生物安全性。在疾病治疗方面，尽管MOF开始证明其在生物医学功能方面的能力，但MOF通常作为功能物种降低其毒性，可持续释放和有效递送。有了配位金属，MOF基材料可以成为发现新型纳米酶的多功能候选材料。在研究人员之前的工作中，MOF-818被用作选择性催化氧化儿茶酚的优良纳米酶这种新颖的MOF激发了研究人员对其酶模拟潜能的探索。在这项工作中，研究人员重新审视了MOF-818，并揭示了其高SOD和CAT样活性。MOF-818的两种酶样活性均高于许多已报道的抗氧化纳米酶，其在水中的分散保持稳定6个月以上。细胞毒性实验表明其具有良好的生物相容性。研究人员进一步将MOF纳米酶与热敏凝胶结合形成抗氧化体系(MOF/Gel)，应用于糖尿病大鼠的慢性伤口愈合外用。凝胶将MOF纳米酶保持在伤口部位，以进行可持续治疗。图1表明，MOF纳米酶可以清除主要存在于伤口部位的两种ROS，重塑氧化微环境，使伤口恢复到类似于正常伤口的愈合阶段。与每天使用的人表皮生长因子凝胶(HEGFG)外敷相比，MOF/凝胶在一次性治疗中取得了相当的效果。研究人员证明了这种MOF材料本身具有很高的抗氧化催化活性，可以有效地治疗糖尿病慢性伤口。

糖尿病是一种常见的以高血糖为特征的内分泌疾病，全世界有4.63亿人受其影响，其并发症是糖尿病患者死亡的原因之一。糖尿病皮肤溃疡(DCU)是糖尿病最典型的并发症之一，不仅缺乏有效的治疗方法，而且每年有很大一部分糖尿病患者(约25%)受到影响。DCU以及许多其他糖尿病并发症被认为与氧化应激密切相关，氧化应激是由活性氧(ROS)的过量产生和抗氧化剂不足引起的。在糖尿病创面中，正常的氧化还原控制体系由于继发于高血糖的几种病理机制而被破坏;因此，糖尿病伤口的特点是高水平的活性氧，特别是超氧阴离子(•O2−)和过氧化氢(H2O2)。研究表明，炎症反应的增强是慢性伤口延迟愈合的主要原因。利用抗氧化酶(主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx))进行抗氧化治疗被认为是通过减少过量ROS来治疗各种炎症性疾病的可行策略。例如，Liu等人和Chen等人开发了基于SOD和CAT的抗氧化系统来治疗炎症性肠病。此外，水凝胶(Gel)中也负载了SOD，构建了一个抗氧化系统，用于糖尿病慢性伤口的愈合。然而，潜在的抗原性、较差的生物利用度和病理条件下的低稳定性限制了天然酶的临床应用。

总之，研究人员提出了一种抗氧化系统(MOF/Gel)，将模拟抗氧化酶的MOF纳米酶与可注射和热敏的水凝胶结合，用于糖尿病伤口愈合，其中MOF-818纳米酶的有效抗炎成分在水溶液中分散时可以保持其催化活性至少180天。据我们所知，研究人员首次揭示了ROS清除MOF纳米酶在糖尿病慢性伤口治疗中的巨大潜力。与使用临床药物HEGFG治疗相比，MOF/Gel系统获得了相似的伤口愈合率。特别是MOF/Gel在整个治疗期间只需使用一次，而HEGFG则需要每天使用，这证明了纳米酶具有长期治疗能力的优势。除了治疗效果外，静脉注射实验还证明了MOF纳米酶的体内生物安全性，尽管它可以在低剂量的皮肤伤口上进行外用。该发现证明了抗氧化MOF纳米酶在糖尿病伤口愈合中的成功应用，这拓宽了MOF纳米酶在生物医学上的应用。方便、安全、有效的MOF/Gel系统在临床应用中具有很大的潜力。

全文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.2c09663

J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 23438−23447

转自：“NANO学术”微信公众号

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