一种具有抗血栓治疗功能的磁热化疗纳米反应器,该反应器通过抗坏血酸增强活性氧的调控作用

《Nano Today》:A magnetic hyperthermia-chemodynamic nanoreactor with ascorbic acid-enhanced reactive oxygen species regulation for anti-thrombosis therapy

【字体: 时间:2025年12月05日 来源:Nano Today 10.9

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  维生素C增强的磁热疗-化学动力联合治疗通过调控活性氧和热效应实现血栓精准溶解与血管修复,双靶向磁纳米递送系统在深部血栓部位快速富集,协同作用24小时完全清除血栓并抑制炎症反应。

  
Xuejiao Gong|Mengyun Yang|Xian Zheng|Hanyang Li|Guohao Li|Chendong Ji|Meizhen Yin
北京化工大学化学资源工程国家重点实验室,北京 100029,中国

摘要

活性氧(ROS)与热量的协同作用在通过破坏纤维蛋白结构来增强溶栓效果方面显示出潜力。然而,精确控制ROS和热量在深部血栓部位的时空分布和剂量仍然具有挑战性。在这里,我们报道了一种基于抗坏血酸(AA)的磁热-化学动力学疗法(MH-CDT),该疗法利用了AA的浓度依赖性双重功能来实现精确溶栓。我们设计了一种双靶向磁纳米反应器(CMPV),通过磁引导和血小板膜涂层快速积聚在血栓部位。AA促进芬顿反应以增强ROS的生成,从而溶解纤维蛋白,同时中和过量的ROS以抑制血管修复过程中的炎症。在鼠颈动脉血栓模型中,MH-CDT在24小时内实现了彻底的血栓清除和血管恢复,且没有再次发生血栓。磁热诱导的纤维蛋白破坏与AA介导的ROS调节相结合,有效实现了溶栓效果,同时将对血管内皮的损害降到最低。这种基于AA的MH-CDT系统提供了一种精确且有效的溶栓策略,克服了深度限制,具有临床应用的潜力。

引言

血栓是全球发病率和死亡率的主要因素之一,其特点是发病迅速且治疗窗口狭窄。[1] 传统的溶栓剂如尿激酶和阿替普酶可以溶解纤维蛋白,但仍存在一些缺点,包括半衰期有限、靶向能力不足、溶栓效率低下以及全身出血的风险。[2] 相比之下,利用活性氧(ROS)和热量的非药物方法显示出更高的溶栓效率和更好的生物安全性。[3],[4],[5] 热量可以破坏纤维蛋白中的非共价键,从而破坏血栓结构,[6],[7] 而ROS可以将血栓降解为更小、不易形成栓子的片段,从而防止二次栓塞。[4] 尽管光动力和光热疗法(PDT/PTT)等新兴技术显示出前景,但它们的效果受到光组织穿透力的限制,影响了其对深部血栓的治疗效果。[3],[8] 因此,开发能够在血栓内部增强ROS和热量产生的深度独立疗法是非药物溶栓的关键目标。
磁热疗法(MHT)利用交变磁场(AMF),这种磁场几乎可以无限制地穿透组织,使其成为深部溶栓的理想能量形式。[9] 磁性材料在血栓治疗中具有优势,因为它们在磁热效应方面效率很高,并且能够通过磁靶向将药物富集到血栓部位。[10] 有证据表明,磁性纳米颗粒已成功应用于多种疾病的熱療,如深静脉血栓、脑血栓和肾血栓。[8],[9],[10],[11] 此外,MHT可以与其他血栓治疗策略结合使用,包括靶向药物输送、超声治疗和抗炎治疗,以增强治疗效果。[12],[13] 这些特性使磁性纳米颗粒成为一种有前景的多功能溶栓平台。
金属磁性颗粒,特别是基于铁和锰的颗粒,在体内存在过氧化氢的情况下,可以通过芬顿反应或类似芬顿的反应生成大量的ROS,这一过程称为化学动力学疗法(CDT)。[14],[15] CDT不依赖于氧气或光照射,使其成为治疗深部疾病的潜在方法。[16] 然而,将CDT从肿瘤学领域(在那里它作为诱导氧化还原失衡的关键策略)应用于血栓治疗并非易事,因为存在两个根本性挑战。首先,羟基自由基(•OH)的持续生成依赖于还原环境来将Fe3?再生为Fe2?。[18],[19],[20] 与复杂的CDT策略(例如,通过近红外光或超声触发)所利用的还原性和酸性肿瘤微环境不同,[21],[22] 血栓微环境的还原能力不足,严重影响了铁的循环效率,从而限制了治疗效果。[13] 其次,虽然ROS对溶栓是必需的,但ROS的过量或失调会引发严重的炎症反应,并对血管内皮细胞造成损伤,这与血管修复的目标相悖。[23]
为了解决这些障碍,理想的治疗剂必须具有双重功能机制。抗坏血酸(AA)作为一种天然抗氧化剂,成为了一个独特的候选解决方案。尽管AA以其清除ROS的特性而闻名,[24],[25] 最近的研究表明,AA还可以通过有效地将Fe3?还原为Fe2?来增强芬顿反应,从而放大ROS的生成。[26] 这种双重功能使AA成为调节血栓中CDT的理想候选者。[27],[28],[29] 尽管存在这种双重潜力,目前的递送系统一次只关注一个功能,而利用这种双重性来协调从溶栓到血管修复的完整治疗过程仍然是一个巨大的未解决挑战。
为了解决这一挑战,我们提出了一种基于AA的磁热和化学动力学联合疗法(MH-CDT),以实现高效的溶栓和随后的血管修复。该策略使用了一种双靶向磁纳米反应器(CMPV),具有高生物相容性和强的血栓靶向能力(图1)。AA的存在在ROS的顺序调节中发挥了浓度依赖性的双重作用:首先,增强芬顿反应以实现有效的溶栓;随后,清除过量的ROS以抑制炎症并促进血管修复。使用鼠颈动脉血栓模型验证了MH-CDT的溶栓效果。体内荧光成像显示,CMPV通过静脉注射后,通过磁引导和血小板膜在血栓部位快速且大量积聚。在给予AA和CMPV的情况下,MH-CDT实现了血栓的彻底清除和有效的血管炎症抑制,从而在24小时内实现了血管恢复。我们的简单策略利用AA同时增强了化学动力学的治疗效果并减少了副作用,为血栓治疗提供了新的途径。

章节片段

CMPV的制备和表征

CMPV的合成遵循图1a中描述的步骤。为了提高磁性纳米颗粒(MNPs)的磁热性能,使用硬软磁耦合策略制备了CoFe?O?/MnFe?O?纳米颗粒(简称CM)作为核心材料。[30],[31],[32] 透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)测量显示,合成的CM具有优异的单分散性,在环己烷中的尺寸为10.18 nm(图1a和S1)。

结论

总之,我们开发了一种基于AA的磁热-化学动力学纳米反应器,用于高效的溶栓和血管修复。CMPV由涂有DSPE-PEG和血小板膜的CM核心组成,表现出优异的生物相容性、靶向递送能力和强大的MH-CDT效果。AA的引入在增强CDT效果方面发挥了关键作用,它通过促进铁的循环来增强芬顿反应,并通过中和过量的ROS来减轻炎症。体外

CRediT作者贡献声明

Guohao Li: 方法学、研究、数据管理。Hanyang Li: 方法学、数据管理。Meizhen Yin: 写作——审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。Chendong Ji: 写作——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资金获取、概念化。Mengyun Yang: 可视化、数据管理。Xuejiao Gong: 初稿撰写、方法学、研究、数据管理。Xian Zheng: 方法学、研究。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号:52130309, W2412081, 22578023)和北京自然科学基金(编号:L234065)的财政支持。
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