设计合成形态可调的介孔铂纳米酶用于氧化应激相关疾病的治疗研究

推荐：研究人员针对传统介孔金属纳米材料(MMNs)形态单一限制生物活性的问题，通过原子层沉积法(ALD)构建了金核铂壳结构(Au@mesoPt)的球形、棒状和双锥形纳米酶。该研究揭示了双锥形纳米颗粒具有最优的细胞摄取效率(39.31%)、血液半衰期(4057.81 min)和肿瘤渗透性，在动脉粥样硬化(ROS清除率显著)和胰腺癌放疗(放射增敏效应突出)中展现最佳疗效，为形态依赖性纳米药物治疗提供了新范式。

　　

在生物医学领域，介孔金属纳米材料(MMNs)因其独特的物理化学性质备受关注，然而现有研究大多局限于球形结构，严重制约了对其形态依赖性生物行为的深入探索。特别是在氧化应激相关疾病（如动脉粥样硬化和胰腺癌）治疗中，纳米材料的形态特征直接影响其血液循环、组织渗透和细胞摄取等关键生物学过程。传统MMNs的单一形态不仅难以满足精准医疗需求，更阻碍了对其酶催化活性与形态构效关系的系统评价。这项发表在《BIOMATERIALS RESEARCH》的研究通过创新性方法设计多形态纳米酶，为突破上述瓶颈提供了重要解决方案。

研究团队采用原子层沉积(ALD)技术，以金纳米颗粒(Au NPs)为模板核心、Pluronic F127为结构导向剂，成功制备了球形、棒状和双锥形(Au@mesoPt)三种拓扑结构的纳米酶。通过紫外-可见光谱(UV-vis)、透射电镜(TEM)和氮气吸附-脱附测试等表征手段确认材料特性，并利用流式细胞术、共聚焦显微镜(CLSM)和近红外荧光成像等技术系统评价生物学行为。动物实验采用ApoE^-/-动脉粥样硬化模型和Aspc-1胰腺癌移植瘤模型，通过酶联免疫吸附试验(ELISA)和组织病理学分析治疗效果。

【制备与表征】研究首先通过精确调控合成参数，获得尺寸均一的Au NPs模板（球形85nm、棒状116×38nm、双锥形99×38nm）。ALD法构建的介孔铂壳使材料比表面积达291 m²/g（双锥形），孔径分布3.6nm。能谱(EDX) mapping清晰显示Au@Pt核壳结构，Zeta电位证实经NH₂-PEG-SH修饰后表面带正电（双锥形+34.9mV），有利于细胞相互作用。

【体外生物学行为】流式细胞术显示双锥形纳米颗粒6小时细胞摄取率达39.31%，显著高于棒状(26.05%)和球形(13.06%)。三维肿瘤球体渗透实验证实，双锥形颗粒可深入球体核心90μm处，荧光强度是球形的2.3倍。这种优势源于其高长径比和表面各向异性，通过"膜穿刺效应"增强内化效率。

【体内药代动力学】药动学分析显示双锥形颗粒具有超长消除半衰期(t_1/2β=4057.81min)，是球形材料的89倍。COMSOL流体模拟揭示其沿血管壁的"边缘富集效应"：双锥形结构在血流中产生37.21kPa的应力梯度，促使稳定粘附血管内皮，AUC_0-3h达0.50 mg/ml·h。

【抗动脉粥样硬化治疗】在LPS诱导的Raw264.7细胞模型中，双锥形纳米酶使ROS水平降低83%，显著抑制促炎因子IL-6(降低68%)和TNF-α(降低72%)。动物实验显示其主动脉斑块面积减少61%，病理切片显示最完整的血管内皮修复。

【放射增敏治疗】在8Gy X射线照射下，双锥形纳米酶使胰腺癌细胞ROS产量达11346 AU（对照组1506 AU），肿瘤球体凋亡率提高7.5倍。移植瘤实验证实其联合放疗可使肿瘤体积缩小89%，显著优于单独放疗组(42%)。

这项研究开创性地建立了MMNs形态-活性关系图谱，证实双锥形拓扑结构通过多重优势（增强的EPR效应、优化的流体动力学特性和独特的细胞相互作用模式）实现治疗增效。特别值得注意的是，同种材料在不同疾病模型中展现出"双向调节"功能：既可通过催化酶样活性清除ROS治疗动脉粥样硬化，又能通过放射增敏作用加剧氧化损伤治疗肿瘤。这种"智能切换"特性为开发环境响应型纳米药物提供了新思路。研究揭示的形态依赖性生物分布规律，不仅适用于铂基纳米材料，也为其他金属纳米酶（如Au、Ag等）的设计提供了普适性指导原则。该成果有望推动纳米医学从"成分主导"向"结构主导"的研究范式转变，对精准纳米药物的开发具有里程碑意义。