谷战军课题组

Small: 机械化学辅助宏量合成富勒醇,用于皮肤辐射防护

2021-11-26 21:22浏览数:63 

放射性皮炎是一种常见放疗后遗症,95% 的癌症患者在放疗后会发生不同程度的放射性皮炎,临床表现为初期红斑、轻度干燥脱屑,重度湿性脱屑,甚至出现皮肤坏死。这些辐射引起的皮肤损伤易导致交叉感染,降低患者的生活质量,并可能影响肿瘤治疗的进程。在外照射放疗中,主要使用高能电离辐射 X 射线。X 射线能直接导致 DNA 损伤,并通过与水反应间接产生过量的活性氧 (ROS),进一步破坏表皮的基底层细胞,影响皮肤组织的正常代谢和再生功能。根据放射性皮炎的损伤机制,迫切需要一种自由基清除剂作为有效的皮肤辐射防护剂,清除X射线产生的ROS风暴,从而从源头上阻断放射性皮炎的发展。

富勒醇,一种常见的富勒烯衍生物,由于以下优点,可能具有巨大的皮肤辐射防护潜力:i) 富勒醇的离域 π 共轭结构,赋予其广谱有效的自由基清除能力,被称为“自由基海绵”,ii)生物安全性好,iii)化学稳定性强。基于上述特点,富勒醇已被广泛应用于化妆品中紫外线 (UV) 防护和其他生物医学应用研究中,由此富勒醇可能也是X 射线皮肤防护的不错选择。同时,富勒醇的生物医学发展受限于其低效的合成方法,通常需要经历复杂的步骤,引入高浓度的强酸和强碱,使用苯、四丁基氢氧化铵和甲醇等有机溶剂,从而导致难以纯化且对环境不友好。


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针对上述问题,中国科学院高能物理研究所谷战军研究员团队通过催化剂辅助机械化学策略提供了一种环保的富勒醇宏量合成方法,以 H2O2 为羟基化试剂,少量 NaOH 为催化剂,用于大规模(>20g) 和高产 (>95%) 的富勒醇生产,避免了有机溶剂的大量引入和高浓度的酸碱,简化了纯化步骤。此外,为了减轻放射治疗过程中的放射性皮炎,该团队设计并制备了富勒醇-透明质酸钠水凝胶(F-NaHA 水凝胶),其中富勒醇用作辐射防护成分,用于皮肤辐射防护,同时兼顾实用性和安全性。首次系统地研究了富勒醇作为皮肤辐射防护剂的体外和体内辐射防护性能。所制备的富勒醇具有广谱自由基清除特性和良好的化学稳定性,可有效阻断 ROS 对人角质形成细胞 (HaCaT) 细胞的损伤,维持 DNA、线粒体和脂质膜的正常生理状态。进一步,活体水平上,含富勒醇的F-NaHA水凝胶具有良好的生物安全性,可有效减轻放射性皮炎,保护基底细胞层的表皮干细胞,促进小鼠皮肤的正常代谢。因此,富勒醇具有成为皮肤辐射防护剂的有前途的候选者的巨大潜力。该工作发展了一种简便的克级规模和绿色环保的富勒醇合成方法,并进一步开发富勒醇在皮肤辐射防护中的应用研究。

相关研究成果发表在 Small 上,论文第一作者为中国科学院高能物理研究所博士生赵茂如,共同第一作者为同一单位博士生汪诚艳,通讯作者为中国科学院高能物理研究所谷战军研究员,共同通讯作者为成都大学特聘教授谢佳妮。


论文信息:

Zhao Maoru#, Wang Chengyan#, Xie Jiani*, Ji Chao, Gu Zhanjun*. Eco-Friendly and Scalable Synthesis of Fullerenols with High Free Radical Scavenging Ability for Skin Radioprotection. Small. 2021, 17, 2102035. (DOI: 10.1002/smll.202102035.)