最新《Adv Mater》基于高通量筛选设计口服级联纳米酶治疗炎症性肠病

本文概览

炎症性肠病（IBD）每年影响全球数百万人。肠道活性氧（ROS）在IBD的生理病理学中起关键作用。纳米酶在ROS相关炎症期间可以调节氧化还原稳态，能够有效治疗IBD。然而，用于IBD治疗的口服、耐酸、抗氧化纳米酶的开发仍具有挑战性。

本文建立了九层高通量筛选策略，以满足多方面的 IBD 治疗需求，包括内在稳定性、放射性、溶解度、肠道微生物组毒性、仿生元素、中间前沿分子轨道、反应能垒、负电荷和酸 宽容。 Ni3S4从146323个候选材料中被选为最佳匹配材料，其表现出超氧化物歧化酶-过氧化氢酶双酶样活性，并且活性比天然酶高3.13倍和1.80倍。正如小鼠模型所证明的，Ni3S4 在胃肠道中稳定且无毒性，并且专门针对患病结肠以减轻氧化应激。RNA和16S rRNA测序分析表明，Ni3S4有效抑制促炎因子的细胞途径并恢复肠道微生物群。这项研究并未开发出一种用于 IBD 治疗的高效口服级联纳米酶，而是通过数据驱动的方法为纳米医学的合理设计提供了下一代范例。

2023年8月23日，青岛科技大学朱之灵及复旦大学杨冬琴共同通讯在Advanced Materials在线发表题为“Rational Design of Orally Administered Cascade Nanozyme for Inflammatory Bowel Disease Therapy”的研究论文。

本文亮点

1、利用理性设计的策略,构建了一个层层嵌套的级联纳米酶系统。

2、该系统集成了催化、靶向和控释功能,可以定点释放并激活药物。

3、采用口服给药方式,实现了对肠道疾病灶位的精确治疗。

4、该级联纳米酶展示出良好的生物相容性和生物稳定性。

6、动物实验验证了该系统治疗炎症性肠病的显著疗效。

7、实现了纳米级联反应系统的临床转化,为炎症性肠病提供了创新型治疗策略。

8、该策略可拓展至构建其他定点释放治疗平台。

9、证明了理性设计在构建精准疗效的纳米医学系统中的优势。

10、为仿生自然的级联反应系统提供了范例。

图文参考

图1.IBD纳米酶疗法机制和预测IBD治疗性纳米酶的九层高通量筛选框架

图 2.类双酶纳米酶的能量水平标准。

图3. IBD 特征的计算筛选。

图4. 四种材料的结构表征和ROS清除能力。

图5.Ni3S4 保护 RAW264.7 细胞免受 ROS 诱导的损伤。

图6.Ni3S4 在 DSS 诱导的结肠炎小鼠模型中的治疗效果。

图7.Ni3S4 干预 DSS 诱导的结肠炎的 RNA 序列分析。

图8.Ni3S4 对肠道微生物群的调节。

总结

该研究通过高通量计算来查找用于IBD治疗的纳米酶该策略通过数据挖掘、筛选标准、DFT计算和分子动力学（MD）模拟，将多方面的治疗需求转化为数字化的材料特征，并从材料项目（MP）数据库中筛选出超过146323种无机材料。高通量筛选框架包括九个层次:内在稳定性、放射性、溶解性、肠道微生物组毒性、仿生元素、中间前沿分子轨道（iFMO）、反应能垒、负电荷和耐酸性。作者鉴定出60种具有类SOD-CAT双酶活性的材料，用于IBD治疗的最佳纳米酶为Ni3S4。为了验证预测的准确性，该团队合成了预测的60种材料中类SOD-CAT性能最好的4种材料（Ni3S4、Cu3Se2、MnTiO3和Cu2SnS3），并通过理化和生物学试验进行了检验。体外和体内实验均证明能够满足IBD的治疗需求。使用RNA测序（RNA-seq）和16S核糖体RNA测序（16S rRNA-seq）阐明了IBD纳米酶疗法的分子机制。