谷战军课题组

Small:基于多功能纳米材料的新型CO递释策略及其生物医学应用

2019-11-15 09:14来源:MaterialsViews微信公众号浏览数:234 


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近年来,具有“绿色疗法”之称的气体治疗(包括NO, CO, H2S, SO2, O2, H2等)逐渐成为生物医学领域的研究热点。然而,长期以来,CO(Carbon monoxide, 一氧化碳)一直被认为是一种无色无味,损害健康,污染环境的有毒气体。直到1968年,研究人员发现哺乳动物体内存在血红素氧合酶,其作为血红素降解的限速酶,可以诱导细胞产生内源性CO。随后,越来越多的研究证实内源性CO是哺乳动物体内重要的信使分子,具有舒张血管、抑制血小板聚集、抑制炎症反应、调控细胞增殖与凋亡等多种生物学功能。这些独特的生物学特性促使研究人员设计合成具有释放CO功能的CO供体分子(CO releasing molecules, CORMs),并将这些低分子量CORMs用于多种疾病的治疗,例如缺血/再灌注损伤、器官移植、炎症、败血症、微生物感染和癌症等。但现有的低分子量CO供体分子普遍存在随机扩散、溶解性差、潜在毒性、缺乏靶向性和可控性差等缺点,影响了CO在生物体内的分布以及作用靶点,进而产生不必要的毒副作用。因此,开发新型CO可控递释系统来克服上述缺点是非常有必要的。

多功能纳米材料和纳米技术的兴起有望改善CO气体治疗存在的不足。借助纳米技术,可将多功能纳米载体与CO供体分子或者单纯CO气体分子进行整合,构建新型CO可控释放平台。一方面,纳米材料(例如多孔材料)可以通过化学共价或物理吸附等方式提高疏水性CO供体分子的负载量,有助于克服CO供体分子在生理环境中的稳定性和溶解性问题并增强其药代动力学性能(例如延长气体释放的半衰期);另一方面,相较于小分子量的CO供体分子,CO纳米控释体系可以实现CO分子的靶向性和可控释放,可通过被动的高渗透长滞留效应(Enhanced permeability and retention effect, EPR)或主动靶向作用提高低分子量的CO供体分子在病灶部位富集,极大地改善CO供体分子的生物分布和生物利用度,且有助于使它们在健康组织中的副作用最小化;此外,一些纳米材料具有独特的外源性响应(例如光, 热, 电, 机械波, 磁场)和内源性(例如pH, H2O2, 酶)响应的特性,这使得构建的智能响应型CO纳米控释体系可以对特殊刺激条件做出响应,以诱导CO气体的定点、定时、按需可控释放,进而实现高效、低毒的疾病治疗。因此,基于纳米材料的CO控释体系具有重要的潜在生物医学应用前景。

中国科学院高能物理研究所谷战军研究员与山西医科大学张辉教授合作撰写了综述文章,围绕目前新兴的CO气体纳米医学研究领域的CO体内控释这一核心问题,重点介绍了CO输运和控释体系的构建策略与研究进展及新型CO释放纳米材料在肿瘤、炎症、心血管系统疾病以及微生物感染等生物医学领域的应用潜力,并对CO气体治疗的独特优势和潜在的分子机制进行了简要概述。最后,作者对该领域当前面临的挑战和未来的发展方向做出了深入思考和前瞻性的展望。相关综述以“Emerging Delivery Strategies of Carbon Monoxide for Therapeutic Applications: from CO Gas to CO Releasing Nanomaterials”为题发表在Small 期刊上(DOI: 10.1002/smll.201904382)。

原文链接: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