具有SOD/CAT级联催化活性的铂纳米颗粒口服给药缓解溃疡性结肠炎

Oral Administration of Platinum Nanoparticles with SOD/CAT Cascade Catalytic Activity to Alleviate Ulcerative Colitis.

作者信息Hao Liu, Yujie Zhang, Mingzhen Zhang, Zhaoxiang Yu, Mingxin Zhang
PMID37998117
发布时间2023-11-15
DOI10.3390/jfb14110548

实验完整度

包含体外酶活性测定、细胞氧化应激保护实验、小鼠结肠炎模型及生物相容性评价等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

RAW 264.7巨噬细胞系 DSS诱导的C57/BL6小鼠溃疡性结肠炎模型 健康C57/BL6小鼠(生物相容性评价)

重点核对

Pt NPs平均粒径3 ± 1 nm,zeta电位-12 ± 4 mV SOD样活性测定使用NBT法,Pt NPs浓度0-100 μg/mL CAT样活性测定使用溶解氧法,Pt NPs浓度0.1-1.5 μg/mL 细胞实验使用RAW 264.7细胞,Pt NPs浓度50 μg/mL,Rosup 0.5 mg/mL处理30 min 小鼠模型使用2.5% DSS诱导7天,治疗组在第2、4、6天灌胃给药

摘要

溃疡性结肠炎(UC)是一种累及结肠和直肠的难治性慢性炎症性疾病,属于炎症性肠病(IBD)的范畴。局部组织中活性氧(ROS)的积累已被确定为炎症反应升级的关键因素。因此,清除发炎结肠中的ROS是治疗UC的一种有前景的方法。具有内在酶样活性的纳米材料(纳米酶)在UC中显示出显著的治疗潜力。在本研究中,我们发现铂纳米颗粒(Pt NPs)表现出显著的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)级联催化活性,以及有效的羟基自由基(•OH)清除能力。体外实验表明,Pt NPs可以清除过量的ROS,保护细胞免受氧化应激。在结肠炎模型中,口服Pt NPs(负载于壳聚糖/海藻酸盐水凝胶中)可显著缓解UC,包括减少结肠长度缩短、上皮损伤和炎症细胞浸润。在没有明显全身毒性的情况下,Pt NPs代表了一种新的UC治疗方法,有望实现长期炎症缓解。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
铂纳米颗粒(Pt NPs)是否具有SOD/CAT级联催化活性及•OH清除能力,口服递送能否通过清除ROS缓解溃疡性结肠炎(UC)?
核心机制
Pt NPs通过SOD和CAT级联催化活性清除O2•−和H2O2,并有效清除•OH,从而消除炎症结肠中过量的ROS,保护肠上皮细胞免受氧化损伤,减轻炎症反应。
主要证据
体外酶活性实验证实Pt NPs具有SOD/CAT活性和•OH清除能力;RAW 264.7细胞实验表明Pt NPs显著降低Rosup诱导的ROS水平;DSS诱导的UC小鼠模型中,口服Pt NPs显著缓解体重下降、降低DAI评分、减少脾脏重量增加、抑制结肠缩短、减轻结肠组织病理损伤和炎症细胞浸润,且无明显全身毒性。
研究意义
Pt NPs作为一种新型纳米酶药物,口服给药有望实现UC的长期炎症缓解,为溃疡性结肠炎提供新的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

Pt NPs的合成与表征

合成小粒径Pt NPs并验证其物理化学性质,为后续抗氧化活性研究奠定基础。

采用化学还原法,以H2PtCl6·6H2O和PVP为原料,NaBH4为还原剂合成Pt NPs,并通过TEM、XRD、UV-Vis和zeta电位进行表征。

2

Pt NPs抗氧化酶活性测定

验证Pt NPs的SOD和CAT级联催化活性及•OH清除能力。

使用NBT法测定SOD样活性,使用溶解氧法测定CAT样活性,使用MB褪色法和TA法测定•OH清除能力。

3

细胞内ROS清除效果验证

评估Pt NPs在活细胞水平清除ROS、保护细胞免受氧化应激的能力。

利用RAW 264.7细胞,用Rosup诱导ROS产生,DCFH-DA探针检测细胞内ROS水平,观察Pt NPs处理后荧光变化。

4

Pt NPs生物相容性评价

评估Pt NPs口服给药后的体内安全性。

将健康小鼠分为对照组和治疗组,治疗组隔天口服Pt NPs持续7天,第14天处死,进行组织学检查(HE染色)、血液生化和血常规分析。

5

DSS诱导结肠炎模型中的治疗效果验证

验证口服Pt NPs水凝胶对UC小鼠模型的保护作用。

采用2.5% DSS诱导小鼠急性UC,治疗组在第2、4、6天灌胃给予Pt NPs水凝胶或5-ASA(阳性对照),监测体重、DAI,第8天处死,测量结肠长度、脾脏重量,进行HE染色和结肠镜检查。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
氮蓝四唑Sigma-Aldrich--
L-蛋氨酸Sigma-Aldrich--
核黄素Sigma-Aldrich--
过氧化氢Beijing Chemical Reagents Company--
亚甲基蓝Chemical Reagent Co., Ltd.--
二水合氯化亚铁Bioren Biological Technology Co., Ltd.--
2,7-二氯荧光素二乙酸酯Beyotime Biotechnology--
壳聚糖Tokyo Chemical Industry Co, Ltd.--
海藻酸钠Aladdin Co, Ltd.--
5-氨基水杨酸Sangon Biotech Co., Ltd.--
葡聚糖硫酸钠----
杜氏改良Eagle培养基----
透射电子显微镜JEOLJEM-2100Plus
X射线衍射仪BrukerD8
紫外吸收分光光度计Shimadzu CorporationUV-2700
粒径分析仪MalvernNano
溶解氧测定仪LeyboldJPSJ-605F
荧光分光光度计HitachiF-4700
RAW 264.7细胞Procell Co., Ltd--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
Pt NPs合成
PVP 86 mg、H2PtCl6·6H2O 27.13 mg、NaBH4溶液1 mL(10 mg/mL)、透析24 h、离心3000 rpm/10 min、乙醇/己烷洗涤3次
阅读提示:2.2节 Preparation and Characterization of Pt NPs
SOD活性测定
L-MET 13 mM、核黄素20 μM、NBT、PBS缓冲液、Pt NPs浓度0-100 μg/mL、光照2 min、560 nm吸收值
阅读提示:2.3节 SOD-like Activity of Pt NPs,图3A
CAT活性测定
Pt NPs浓度0.1-1.5 μg/mL、H2O2浓度200 μM-2 mM、溶解氧计监测
阅读提示:2.4节 CAT-like Activity of Pt NPs,图3B-D
•OH清除测定
MB法:Pt NPs 25 μg/mL、Fe2+ 1 mM、H2O2 5 mM、37°C孵育15 min;TA法:H2O2 5 mM、TA 0.5 mM、UV照射15 min、Pt NPs浓度12.5-100 μg/mL
阅读提示:2.5节 •OH Scavenging Capacity Test,图3E-F
细胞抗氧化实验
RAW 264.7细胞5×10^3 cells/well、Pt NPs 50 μg/mL孵育8 h、Rosup 0.5 mg/mL处理30 min、DCFH-DA 10 μM染色
阅读提示:2.6节 Anti-Oxidative Effect of Pt NPs in Living Cells,图4
水凝胶制备
壳聚糖浓度0.6%(wt/vol)、海藻酸钠浓度1.4%(wt/vol)、1:1混合、螯合溶液含30 mM Na2SO4和140 mM CaCl2
阅读提示:2.7节 Preparation of Chitosan/Alginate Hydrogel
DSS结肠炎模型
8周龄雌性C57/BL6小鼠、2.5% DSS(36-50 KDa)自由饮用7天、治疗第2/4/6天灌胃、第8天处死
阅读提示:2.8节 Animals、2.9节 Colitis Model of Mice,图6
生物相容性评价
健康小鼠隔天给药持续7天,第14天处死,HE染色、血常规、血液生化
阅读提示:3.4节 In Vivo Determination of the Biocompatibility of Pt NPs,图5