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仰大勇教授課題組 Nano Today:DNA納米復合物用于心肌梗死損傷協同修復
2024-02-11  來源:高分子科技

  近期,天津大學/復旦大學仰大勇教授與天津大學姚池教授合作在DNA材料用于心肌梗死損傷修復治療方面取得新進展,發展了一種整合有納米酶和基因藥物的雙功能DNA納米復合物,通過消除活性氧過度積累、抑制凋亡相關生長因子過表達,打破缺氧受損細胞理化環境惡化和代謝行為紊亂的惡性循環,實現了心肌梗死缺氧損傷組織的協同修復。研究成果發表于國際權威期刊Nano Today,博士生劉津橋和博士畢業生董宇航為共同第一作者。研究得到國家自然科學基金等資助支持。


  心肌梗死是一種致殘率、致死率高的心血管疾病。在心肌梗死區域,持續的缺血缺氧會破壞細胞的正常代謝活動和理化微環境平衡。一方面,梗死區微環境的惡化會誘導活性氧ROS的異常產生和積累,ROS的過度積累進而導致梗死區損傷。另一方面,梗死細胞代謝異常主要表現為多種凋亡相關因子的過度表達。特別是過度產生的ROS可以通過激活信號通路或破壞細胞器,誘導凋亡相關因子的表達,觸發心肌細胞凋亡或自噬,最終導致心肌細胞功能障礙和大量死亡。因此,維持ROS產生與消除之間的動態平衡,以及調控凋亡相關生長因子的表達,對心肌梗死后組織修復治療至關重要。 


1. 雙功能DNA納米復合物用于心肌梗死損傷協同修復。


  研究團隊針對心肌梗死區域細胞理化環境惡化和代謝行為紊亂的惡性循環,開發了雙功能整合的DNA納米組裝體,發揮清除活性氧和抑制凋亡因子表達的雙重作用,提升了心肌梗死修復治療效果(圖1)。首先,通過自由基聚合反應合成聚合物納米框架,并設計兩種功能型DNA發夾鏈(HAHG)。HA末端通過堿基互補配對裝載基因藥物microRNA-21miR-21);HG末端帶有多鳥嘌呤(G)序列,可以在高濃度K+存在下形成G4鏈體并嵌插血紅素hemin,形成G4-hemin過氧化物酶類似物。利用聚合物納米框架中的雙鏈DNA作為引發鏈,引發雜交鏈式反應組裝兩種功能型DNA發夾鏈,構建雙功能整合的DNA納米復合物。DNA納米復合物可以發揮多方面的作用1通過精確的堿基配對和鏈式聚合反應,實現基因藥物miR-21納米酶G4-hemin的高效裝載2)通過DNA納米復合物的內吞過程,協助miR-21G4-hemin進入細胞內,實現miR-21響應細胞內ATP可控釋放;3)將miR-21沉默凋亡相關PDCD4表達和G4-hemin清除細胞內活性氧的雙重功能有效結合。大鼠治療模型結果顯示,治療組的心肌梗死區域相比于對照組凋亡細胞數量減少,梗死面積縮小,治療組對凋亡相關蛋白表達具有更顯著的抑制效果。這些結果表明,雙功能整合的DNA納米復合物通過打破心肌梗死區域異常代謝和生理微環境的惡性循環,實現了對缺氧誘導的心肌細胞凋亡的有效抑制,為提升心肌梗死的治療效果提供新的思路。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102185 


  仰大勇教授課題組以生物大分子DNA為研究主線,聚焦DNA生物功能材料化學組裝,探究生命系統運行機制,探索重大疾病的診斷治療新途徑。


  課題組招聘博士后研究人員,詳情請查看課題組主頁:http://yanglab-dna.com。

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(責任編輯:xu)
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