基于固相无机材料中原子氢的全新氢疗法| NSR

2023-12-02 02:12

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活性氧和氮物种（RONS）过度表达与多种慢性疾病（如癌症、阿尔兹海默病和慢性糖尿病溃疡等）的发生、发展紧密相关。氢疗法作为一种新兴的、有前途的通用型治疗手段，主要是利用H2分子选择性消除RONS来维持细胞内氧化还原稳态，进而达到治疗相关慢性疾病的目的。然而，开发一种集高效的氢储存、可控释放、广谱RONS清除和生物降解性于一体的氢治疗平台仍面临巨大的技术挑战。

针对这一难题，《国家科学评论》近期发表的一项成果利用电子-质子共掺杂策略向WO₃晶格中引入原子氢，首次证实了强生物还原性的原子氢能够实现传统H₂所不具备的高效广谱RONS清除能力，并且发现氢钨青铜相H_0.53WO₃（HWO）是一种理想的原子氢载体，其显著特征包括相对稳定的原子氢储存、温度依赖的氢释放以及pH响应的生物降解性。在慢性创面溃疡模型中，原子氢由于其卓越的广谱RONS清除能力，展现出其对创面免疫环境的炎症调控，进而促进胶原积累、血管新生，最终加速慢性伤口愈合。中国科学技术大学博士生罗蔓、博士后汪沁和硕士生赵刚为该论文的共同第一作者，朱青副研究员和王育才教授为共同通讯作者。

原子氢作为广谱RONS清除剂及其在糖尿病创面愈合中的治疗机制示意图

原子氢载体制备及其广谱RONS清除能力

为了获得原子氢负载的HWO，作者利用金属铜和盐酸分别提供电子和质子进行温和条件下的饱和氢掺杂。通过与银氨溶液和亚甲基蓝的还原实验，证明HWO中含有强还原性的原子氢。在此基础上，选用与慢性糖尿病伤口延迟愈合密切相关的四种代表性RONS（H₂O₂，•OH，•O₂^-和ONOO^-）进一步探究其广谱RONS清除能力。实验结果表明，HWO对每种RONS的清除都遵循浓度依赖的方式：剂量为20 µg/mL时，HWO对H₂O₂的清除率高达99%；50 µg/mL下对ONOO^-的清除率接近85%；当剂量增加到60 µg/mL时，HWO对•O₂^-和•OH的清除率分别为63%和75%。与先前的抗氧化材料报道相比，HWO可在相当甚至更低的剂量下发挥作用，表明其出色的广谱RONS清除能力。

所制备HWO的（a）XRD图谱，（b）扫描电镜图像；（c）HWO还原银氨溶液所得沉淀的XRD图谱和高分辨透射电镜图像；（d）HWO还原亚甲基蓝的紫外-可见光谱动态演变；HWO中原子氢对（e）H₂O₂；（f）•O₂^-；（g）ONOO^-和（h）•OH的清除率。

原子氢诱导胶原沉积和血管新生，促进糖尿病伤口愈合

使用WO₃和含原子氢的HWO对糖尿病小鼠创面进行处理，HWO实验组伤口的收缩率在处理后12天后可达95%，显著高于WO₃组和空白组。在此基础上，对伤口愈合过程中第7天和12天的组织学进行评估以进一步研究原子氢促进伤口愈合的机制。结果表明原子氢通过有效促进伤口附近的肉芽组织再生、血管生成和胶原沉积，加速了慢性糖尿病伤口的愈合。

（a）糖尿病小鼠伤口模型示意图；（b）小鼠伤口动态愈合过程代表性图像；（c）伤口收缩率曲线；（d）H&E染色图像；（e）肉芽组织厚度；（f）Masson染色图像；（g）胶原沉积率；（h）表皮厚度量化；（i）CD31和α-SMA免疫染色图像；每平方毫米中（j）CD31⁺血管和（k）α-SMA⁺血管数量统计。

原子氢对体内炎症的调控作用

免疫组化染色结果表明，使用含有原子氢的HWO进行治疗后，巨噬细胞向M2表型的极化明显增强。此外，HWO覆盖的伤口中促炎性白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的水平显著下降，而抗炎性白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子-β（TGF-β）的水平均高于WO₃组和空白组。这些确凿的证据表明，原子氢有作为氧化应激抑制剂来调节慢性炎症的巨大潜力。