青科大朱之灵ACS Nano：超声增强五酶活性纳米酶水凝胶喷雾剂，用于糖尿病伤口愈合

糖尿病及其慢性并发症是一种严重危害人类健康的慢性疾病，已成为世界性公共卫生难题。糖尿病足溃疡（DFU）是糖尿病最常见和最严重的并发症之一。据统计，DFU在我国年发病率高达8.1%，复发率为31.6%，居慢性病因之首。现有的临床治疗方法包括药物、生物活性剂、高压氧治疗、干细胞治疗等。然而，这些疗法价格昂贵、功能单一、不成熟、操作繁琐。因此，发展一种低成本、简单、有效的替代疗法对于改善糖尿病伤口愈合至关重要。

纳米酶是一类蕴含酶学特性的新兴纳米材料，它可以突破天然酶成本高、稳定性差以及难以储存的局限，在生物医学、分析传感、环境保护以及疾病治疗等领域具有广阔的应用前景。近年来，国内外研究者围绕纳米酶优良的物理化学特性，发展了多种针对糖尿病伤口愈合的纳米酶疗法，包括抗氧化纳米酶疗法、促氧化纳米酶疗法、兼具抗氧化和促氧化纳米酶疗法、基于纳米酶的联合疗法等。虽然上述疗法已取得了显著的治疗效果，但纳米酶在治疗功能多样性和疗效方面仍存在较大提升空间。

纳米酶治疗DFU原理

首先，纳米酶可以利用多酶活性实现DFU多种治疗需求。例如，类葡萄糖氧化酶（GOx）通过催化葡萄糖氧化，产生H2O2和葡萄糖酸，降低血糖；类过氧化物酶（POD）通过催化H2O2分解，产生•OH，杀灭细菌。抗氧化纳米酶，如类超氧化物歧化酶（SOD）通过歧化反应，将O2•‒转化为O2和H2O2，清除ROS；类过氧化氢酶（CAT）通过催化H2O2分解，生成氧气，缓解缺氧，促进细胞增殖和血管生成。

其次，纳米酶可以利用多酶活性建立级联催化反应体系。充分利用DFU微环境激活SOD-CAT级联反应，将过量的ROS转化，得到中间产物O2，解决GOx-POD级联反应O2不足的问题，从而提升整体催化效率，完成从ROS清除、缓解缺氧、降低血糖到杀灭细菌的连续过程。此外，为了彻底根除DFU中的生物膜，促进伤口愈合，联合疗法也常常被用到。一氧化氮（NO）作为内源性L-精氨酸（L-arginine）在NO合酶（NOS）催化下产生的一种气体和内源性气体递质，可以通过调节引发炎症的细胞因子（例如，白细胞介素、单核细胞、嗜中性粒细胞），促进伤口愈合，同时通过转化为一氧化二氮（N2O3）的氧化副产物和过氧亚硝酸盐（ONOO-），造成生物膜分解，减少细菌粘附和胞外聚合物（EPS）的产生，从而导致生物膜的整体破坏。

近日，青岛科技大学朱之灵副教授在《ACS Nano》期刊上在线发表了题为“Ultrasound-Augmented Multienzyme-like Nanozyme Hydrogel Spray for Promoting Diabetic Wound Healing”的研究论文。该研究利用透明质酸包裹精氨酸、超小金纳米颗粒和Cu1.6O纳米颗粒共同负载掺磷氮化石墨碳纳米片，开发了一种超声增强的多酶活性纳米酶水凝胶喷雾剂（ACPCAH）。这种纳米酶水凝胶喷雾剂具有五种类酶活性，包括类超氧化物歧化酶（SOD）、类过氧化氢酶（CAT）、类葡萄糖氧化酶（GOx）、类过氧化物酶（POD）和类一氧化氮合酶（NOS）。通过体外和体内实验均证明，这种纳米酶水凝胶喷雾剂可被DFU微环境激活，起到减轻炎症、缓解缺氧、降低血糖、促进血管生成、消除致病菌的作用，有效加速糖尿病伤口愈合。这项研究建立了一种基于纳米酶多酶活性的新型疗法，可用于开发一体化的DFU疗法。

图1 多功能ACPCAH喷雾剂在多重耐药菌感染糖尿病伤口愈合中的应用。

论文第一作者是青岛科技大学硕士研究生商利敏，通讯作为为青岛科技大学朱之灵副教授。上述工作得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金支持。

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c04134

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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