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青島科技大學(xué)朱之靈團(tuán)隊(duì)在納米酶生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究取得新進(jìn)展
來源：青島科技大學(xué) 2023-12-07
導(dǎo)讀：近日，青島科技大學(xué)材料學(xué)院朱之靈副教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于理性設(shè)計(jì)口服納米酶用于IBD治療的研究論文，該成果以“Rational Design of Orally Administered Cascade Nanozyme for Inflammatory Bowel Disease Therapy”為題，于本月正式出版在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2023, 35 (44), 2304967）。論文第一作者為材料學(xué)院碩士研究生于懿鑫，通訊作者為朱之靈副教授，青島科技大學(xué)材料學(xué)院為第一單位和通訊單位。
炎癥性腸?。↖BD）是一種慢性胃腸道炎癥疾病，具有無法治愈和反復(fù)發(fā)作的特點(diǎn)，主要影響青壯年群體。然而，目前的臨床治療方法存在療效有限的問題，并且可能引發(fā)嚴(yán)重的并發(fā)癥、耐藥性以及長(zhǎng)期的免疫相關(guān)不良事件。納米催化醫(yī)學(xué)的發(fā)展為調(diào)節(jié)活性氧（ROS）相關(guān)炎癥的氧化還原穩(wěn)態(tài)提供了新途徑。其中，抗氧化納米酶是最具吸引力的和最有效的IBD治療方案之一，它有助于緩解腸道氧化應(yīng)激，同時(shí)抑制炎癥對(duì)患者腸道微生物群的損害。雖然類超氧化物歧化酶（SOD）納米酶能夠清除ROS，如?OH和H2O2，但它與類過氧化氫酶（CAT）納米酶形成的級(jí)聯(lián)納米酶系統(tǒng)（SOD-CAT）具有更強(qiáng)的抗氧化作用。除此之外，由于IBD的獨(dú)特病灶和發(fā)炎結(jié)腸組織的特性，口服給藥需要納米藥物具有高耐酸性和對(duì)帶正電的發(fā)炎粘膜的靶向特異性。盡管已經(jīng)報(bào)道了幾種具備這些特性的納米酶用于IBD納米酶療法，但大多數(shù)是通過經(jīng)驗(yàn)或試錯(cuò)方法設(shè)計(jì)的，因此需要較長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間和較高的成本。此外，多特征納米酶通常表現(xiàn)出活性不足和相互制約的多酶活性。因此，有必要合理設(shè)計(jì)用于IBD治療的納米酶。隨著計(jì)算化學(xué)的發(fā)展，基于量子力學(xué)/熱力學(xué)方法的分子模擬為在原子尺度上解析納米酶的構(gòu)-效關(guān)系提供了可能。這些模擬方法能夠從催化機(jī)理中推導(dǎo)出與材料性能相關(guān)的篩選判據(jù)，并利用材料數(shù)據(jù)庫和高通量篩選技術(shù)開發(fā)出具有目標(biāo)性能的材料。然而關(guān)于多酶活性篩選判據(jù)的研究尚未見報(bào)道，在高通量篩選中如何將納米酶的不同特征與各種IBD治療需求相結(jié)合更是完全未知。近日，青島科技大學(xué)材料學(xué)院朱之靈副教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于理性設(shè)計(jì)口服納米酶用于IBD治療的研究論文，該成果以“Rational Design of Orally Administered Cascade Nanozyme for Inflammatory Bowel Disease Therapy”為題，于本月正式出版在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2023, 35 (44), 2304967）。論文第一作者為材料學(xué)院碩士研究生于懿鑫，通訊作者為朱之靈副教授，青島科技大學(xué)材料學(xué)院為第一單位和通訊單位。這項(xiàng)工作首次建立了一套高效的高通量計(jì)算篩選策略，通過數(shù)據(jù)挖掘、標(biāo)準(zhǔn)篩選、密度泛函理論（DFT）計(jì)算以及分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，將多方面的治療需求轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的材料特征。在超過146323種無機(jī)材料（Materials Project）數(shù)據(jù)庫中，通過九個(gè)閾值層級(jí)，包括材料穩(wěn)定性、放射性、溶解度、腸道微生物毒性、仿生天然酶元素、iFMO、反應(yīng)能壘、負(fù)Zeta電位和耐酸性，篩選出適用于IBD治療的納米酶Ni3S4。為驗(yàn)證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，該團(tuán)隊(duì)還合成了60種材料中預(yù)測(cè)SOD-CAT性能最佳的四種材料（Ni3S4、Cu3Se2、MnTiO3和Cu2SnS3），并通過理化和生物學(xué)測(cè)試進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，Ni3S4在體外和體內(nèi)均表現(xiàn)出卓越的治療效果，最能滿足IBD的多種治療需求，且通過RNA測(cè)序（RNA-seq）和16S核糖體RNA測(cè)序（16S rRNA-seq）還進(jìn)一步闡明了治療IBD的分子機(jī)制。圖IBD納米酶療法的機(jī)理及預(yù)測(cè)IBD治療中多特征納米酶的九層高通量篩選框架（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202304967）上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金支持。
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