科学家开发超声响应性纳米酶水凝胶，促进慢性感染伤口快速愈合

自由基被认为是“万病之源”，无论是癌症、衰老还是慢性伤口，其根源都是自由基的过量表达。需要了解的是，自由基在身体内会不断地产生，但是当自由基累积到一定程度时，便会导致疾病的发生。

以创面伤口为例，现在中国社会老龄化问题严重，老年群体面临的问题之一，是长期卧床等原因导致的褥疮，即创面感染及创面不愈合；另一方面，大量的糖尿病人会出现的难以愈合的糖尿病伤口等，此类问题严重影响着他们的生活质量甚至威胁生命。自由基的过量表达导致的炎症环境，是阻碍上述创面愈合的最根本原因之一。

从实际需求层面，创面修复与创面的抗炎治疗非常重要。从科学的角度来看，创面修复需要解决的问题相对复杂。如果是普通的创面，依赖人类机体的再生能力，便可以进行伤口的自主修复，而无需特殊的干预或治疗。但是，面对炎症反应剧烈的创面，例如糖尿病伤口、感染伤口或老年群体的褥疮等，往往会出现创面不易愈合或无法愈合的情况。

是否能够通过科学的方法，彻底地消灭炎症呢？在纳米医学领域，科学家通常使用纳米酶作为治疗策略，但这是一种“治标”的方法，即发生炎症后去治疗炎症，而后续炎症还会继续发生。

那么，能不能从根源去消灭炎症，创造一种“治标又治本”的方法呢？也就是说，不仅要高效地清除已产生的自由基，而且还能够充分调动起我们机体自身的抗自由基效应，比如谷胱甘肽、M2 型巨噬细胞（一种抗炎的能力很强的巨噬细胞）等，实现“标本兼治”。

图丨姬晓元（来源：）

基于此，天津大学与哈佛大学、广东工业大学团队合作，开发了一种基于纳米酶的超声水凝胶。通过设计动态共价-金属有机配位作为合成模板，将波纳米颗粒集成为铂纳米“粒子球”。

其不仅利用自身类过氧化氢酶、过氧化物酶活性能够将已产生的自由基全部消灭，还可以在一定的超声刺激下，通过催化模拟谷胱甘肽还原酶的活性，激活人体内原有的抗氧化机制，即激活谷胱甘肽再生的能力，进一步增强了对活性氧自由基的清除能力。谷胱甘肽作为人体内最重要的抗氧化剂，可以把表达不足的谷胱甘肽从氧化型转变为还原型。最终，还原型谷胱甘肽便能够源源不断地将产生的自由基全部消灭。

从更深层面的免疫能力调控来看，基于纳米酶的超声水凝胶激发谷胱甘肽还原酶后，可以进一步将巨噬细胞从原来促炎症型 M1 调整为抗炎症型的 M2 ，进而通过提升细胞增殖和迁移能力实现慢性伤口愈合，达到“治标”及“治本”的双重目的。

图丨相关论文（来源：Materials Horizons）

近日，相关论文以《用超声增强纳米酶水凝胶支架修复感染伤口》（）为题发表在 Materials Horizons[1]。广东工业大学副教授，天津大学为论文共同第一作者，天津大学教授、哈佛医学院教授和古赛扬（）教授、广东工业大学教授为论文共同通讯作者。

图丨超声介导下铂纳米粒子聚集体的伤口愈合策略（来源：Materials Horizons）

短期来看，该课题组计划将纳米酶水凝胶制备成一种敷料，有望应用于治疗慢性感染伤口，例如炎症伤口、糖尿病人伤口、老年群体的褥疮等。“这种敷料类似于创口贴，患者在使用后可以撕掉后再更换新的敷料。并且，这种敷料由于不涉及昂贵的药物，成本相对较低，也易于更广泛的人群使用。”说。

该材料的主要成分纳米酶由于是一种无机结构，其优点之一是稳定性高。“如果将其做成敷料贴在人体皮肤表面，通过超声刺激直到伤口完全愈合，纳米酶的活性能够保障持续到最后。”补充说道。

从更长远的发展来看，如果将该策略应用到临床，则需要长期的安全性评估，包括无机纳米颗粒的毒副作用等。例如，将其做成类似医用纳米机器人的系统。与其等到人体器官或组织发生病变后再去治疗，不如建立一种提前预防的机制。

表示，“这样它们能够像在体内‘巡航’一样，一旦发现炎症便可立刻消灭，这也是我们未来努力的方向。”

图丨不同治疗方法的愈合过程（来源：Materials Horizons）

自由基的智能调控是的研究方向之一，该研究通过降低自由基实现促进伤口愈合的效果。相反地，如果产生自由基则有望用来杀伤肿瘤细胞。近期，课题组开发了一种新型材料，能够用于结直肠癌的治疗。研究人员利用静脉注射及直肠灌注两种不同给药方式后，相关结果显示，该材料通过特异性刺激能够产生大量的自由基，高效地杀伤结直肠癌细胞[2]。

据了解，于 2022 年被科睿唯安评为“全球高被引科学家”，并入围全球前 2% 顶尖科学家。本次研究涉及多学科交叉，其主要思路与催化的科研背景和“跨界思维”密不可分。他表示，各专业领域的“卡脖子”的问题可能长期未被攻克，但如果从学科交叉角度，其他专业可能将“大问题”转化为“小问题”，因此跨学科的合作必不可少。

参考资料：

1.Zhang，F.,Kang，Y., et al. Infected wound repair with an ultrasound-enhanced nanozyme hydrogel scaffold.Materials Horizons(2023).

https://doi.org/10.1039/D3MH01054F

2.Yuan, X., Kang, Y., Dong, J. et al. Self-triggered thermoelectric nanoheterojunction for cancer catalytic and immunotherapy. Nature Communications 14, 5140 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40954-y

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