【火星|离子共价有机骨架纳米酶作为有效的级联催化剂对抗细菌伤口感染】
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
常规抗生素滥用和伤口表面形成的生物膜日益增加的耐药风险已被证明是细菌引起的感染和伤口愈合不成功的主要问题 。 使用活性氧物质（例如商业H2O2）进行处理是解决这些问题的可行方法 ， 但其效率较低 。 在此 ， 已开发出一种具有自我促进抗菌作用和良好生物相容性的基于离子共价有机骨架的纳米酶（GFeF）作为葡萄糖触发的级联催化剂 ， 对抗细菌伤口感染 。 除了将葡萄糖有效转化为过氧化氢外 ， 通过加载葡萄糖氧化酶产生的葡萄糖酸可以提供相容的催化环境 ， 从而显着提高过氧化物酶的活性 ， 从而产生更多毒性的羟基自由基 。 同时 ， 带正电荷的GFeF与细菌膜之间的粘附可以大大增强愈合效果 。 这种葡萄糖触发的级联策略可以通过间接产生H2O2来减少有害的副作用 ， 可能用于糖尿病患者的伤口愈合 。
长春应化所
1简介
细菌引起的感染和不成功的伤口愈合是严重的健康问题之一 ， 每年导致数百万人死亡 。 在过去的几十年里 ， 传统抗生素在保护公众免受细菌侵害方面取得了巨大成功 ， 但大剂量滥用可能会大大增加耐药风险 ， 从而降低抗菌性能 。 此外 ， 细菌本身也有自己的防御能力 ， 以产生具有复杂细菌群落的生物膜 ， 这被认为是抗生素失活的另一个重要原因 。 为了解决这些问题 ， 已经开发出多种具有不同机制的新型抗菌材料 ， 包括无机金属纳米颗粒、抗菌肽和水凝胶等 ， 以有效治疗细菌感染 。 例如 ， 阳离子抗菌肽或季铵化合物可作用于质膜 ， 改变病原菌的生理代谢 ， 从而诱导细菌死亡 。 此外 ， 活性氧 ， 如商用H2O2 ， 长期以来一直被用于治疗伤口感染 ， 通过关键生物分子（脂质、蛋白质和DNA）的化学氧化影响细菌的功能 。 然而 ， 需要更高浓度的H2O2才能获得理想的抗菌性能 。 这不仅可能对正常组织造成损伤 ， 而且还经常提高炎症和免疫原性 ， 进一步延缓伤口愈合的速度 。 为了提高H2O2的效率 ， 模拟酶系统 ， 包括氧化铁、五氧化二钒、石墨烯量子点等 ， 已被用来将H2O2转移到毒性更大的羟基自由基(?OH)、次卤酸(HXO ， 例如X = Br Cl)和一氧化氮自由基 ， 可显着增强抗菌能力 。
由共价键构建的共价有机骨架(COF)或多孔有机聚合物(POP)可能是模拟天然酶的理想平台 ， 因为它们具有更大的外表面积、活性位点的规则分布和骨架增强的功能 。 以离子型COFs（iCOFs）为例 ， 它可以通过以下策略获得 ， 以离子有机分子为构建块 ， 对目标COFs或POPs进行后修饰 ， 通过亲核取代反应实现两性离子结构 。 除了COF的多孔和可调特性外 ， 两性离子基序和反离子的存在可能会产生一些新的特性 。 它在CO2捕获和转化、电化学H2O2生产、离子传导、光动力疗法和光热疗法方面可以取得更好的性能 。 与2D石墨烯类似 ， iCOFs最近已被证明可以通过简单的自剥离过程形成厚度很少的共价有机纳米片 ， 并且可加工性的大幅提升可能有助于设备实现、高灵敏度传感器、药物输送、和抗菌剂 。 关于模拟酶系统的开发 ， 特别是对于体内细菌感染 ， 使用COF及其离子形式的情况很少见 。
卟啉及其金属衍生物在某些天然酶中起决定性作用 。 受自然系统的启发 ， 这些卟啉衍生物也可以引入COFs中 ， 以赋予独特的光物理特性和骨架增强的催化活性 ， 有望在光催化、电催化、癌症治疗等方面得到应用 。 用卟啉环螯合金属离子后 ， 如Fe离子 ， 获得的COFs或POPs可以作为模拟酶 ， 通过比色法在分子传感器中表现出比天然酶更好的催化活性 。 如方案1所示 ， 我们首先制备了具有模拟过氧化物酶活性的Fe离子螯合卟啉基iCOF（Fe-iCOF） ， 它可以将H2O2转移到更具氧化性的羟基自由基 。 加载葡萄糖氧化酶（GOX）通过静电相互作用获得GFeF纳米酶后 ， GOX作为初始催化剂可以将无毒的葡萄糖转化为葡萄糖酸和H2O2 ， 为后续的过氧化物酶反应提供催化环境和底物 。 此外 ， 可以将GFeF纳米酶引入可注射的热凝胶中 ， 以治疗体内细菌伤口感染 。
推荐阅读
- 地球冷却速度远超预期！或成为第二个火星，人类应该何去何从？
- 这野兽真可怜！常被黄鼬咬断脖子，豹叼它喂幼崽，猞猁靠它过日子
- 美国实现登月之后，为什么没有开发月球上的资源？
- 远隔38万公里，为何宇航员登上月球后，却偏偏不敢回头看地球？
- 照亮月球最黑暗的区域
- 事关月球采矿控制权，美国拒绝与中国合作，没想到中方已抢先一步
- 我国建造月球国际科研站，需突破一项关键技术，嫦娥四号差点实现
- 玉兔二号新发现：月球背面存在外星痕迹，还有固态水资源？
- 更大的灾难即将来临？美国发出预警，2030年地球或发生极端大洪水
- 盘点关于月球的3大未解之谜，大家知道几个？究竟是真是假？