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四川大學李玉寶/李吉東 ACS Nano：多酶活性硫量子點納米酶介導級聯反應在感染性骨缺損全期對癥治療中的應用

2025-02-28 來源：高分子科技

感染性骨缺損（IBDs）是骨科、頜面外科和牙種植科的常見并發癥，具有感染持續和骨愈合緩慢等特點。細菌常在植入物表面形成生物膜，導致難以根除的慢性感染。在感染性骨缺損的治療中，早期細菌清除、中期炎癥緩解以及晚期組織愈合的有效銜接仍是臨床面臨的重要挑戰。

近日，四川大學分析測試中心李玉寶/李吉東團隊報道了一種基于硫量子點（SQDs）的智能納米酶體系。該工作通過精準調控酶級聯反應順序，實現早期殺菌、中期抗炎與晚期骨再生的全階段協同治療感染性骨缺損（IBDs），為納米酶在感染性組織修復領域提供了創新策略。相關工作以“Multienzyme-Activity Sulfur Quantum Dot Nanozyme-Mediated Cascade Reactions in Whole-Stage Symptomatic Therapy of Infected Bone Defects”為題發表在ACS Nano期刊上。四川大學Jiangshan Liu（劉江山）博士生為論文第一作者，Jidong Li（李吉東）和Yubao Li（李玉寶）為通訊作者。

示意圖｜硫量子點納米酶合成及介導級聯反應治療感染性骨缺損

圖1｜硫量子點納米酶的合成與結構表征

通過采用自上而下的過氧化氫刻蝕技術結合乙二胺輔助加速法，成功制備了超小尺寸（2.06 ± 0.06 nm）硫量子點。表面修飾的乙二胺配體增強了其穩定性和生物相容性。通過實現納米級單質硫的晶體結構可控合成，突破傳統硫顆粒溶解性差、活性低的技術瓶頸。

圖2｜硫量子點納米酶多酶活性的pH響應性

圖3 DFT計算揭示硫量子點納米酶pH響應活性起源

通過多酶活性測試以及DFT計算證實了硫量子點納米酶多酶活性的pH響應性。研究發現SQDs納米酶在不同pH條件下展現出不同的催化機制。在酸性環境中，SQDs納米酶能夠通過超氧化物歧化酶-過氧化物酶（SOD-POD）級聯反應有效催化ROS的原位生成。而在中性環境中，SQDs納米酶則通過SOD-過氧化氫酶（CAT）級聯反應促進H₂O₂分解成水和氧氣，從而減少ROS的積累。這種pH響應性的催化特性為感染性骨缺損的全階段對癥治療提供了一個實現“先殺菌后修復”時序智能控制新策略。

圖4｜抗菌性能抗菌機制解析

SQDs納米酶通過“ROS爆發+硫化氫釋放”雙重攻擊，突破細菌防御體系，對金黃色葡萄球菌/大腸桿菌殺滅率>99%，可通過引起氧化應激和干擾ATP電子傳遞鏈，影響細菌正常的轉錄、合成和代謝生物學過程。SQDs納米酶是一種通過氧化應激損傷和阻斷呼吸鏈來發揮抗菌作用的高性能廣譜抗菌劑。

圖5｜體外免疫微環境重塑與免疫成骨

SQDs納米酶通過發揮SOD/CAT酶級聯活胞內清除ROS，促使巨噬細胞重編程從促炎表型往抗炎表型轉變，從而緩解炎癥微環境。SQDs納米酶驅動的巨噬細胞極化轉變創造了一個有利的免疫微環境，從而增強了BMSCs的成骨分化。

圖6｜感染性骨缺損的治療

動物實驗表明，SQDs納米酶在早期能夠實現快速細菌清除，并通過激活NF-κB炎癥信號通路調節免疫微環境，促進了感染性骨缺損的愈合。通過“殺菌-抗炎-成骨”級聯調控，攻克感染性骨缺損修復難題。本研究開發的SQDs納米酶體系，為動態微環境響應型催化藥物設計提供了新范式。該研究得到國家重點研發計劃（2021YFA1201300）和國家自然科學基金（32171338）的支持。

原文鏈接

J. Liu, J. Wei, S. Xiao, L. Yuan, H. Liu, Y. Zuo, Y. Li*, and J. Li*. A Multienzyme-Activity Sulfur Quantum Dot Nanozyme-Mediated Cascade Reactions in Whole-Stage Symptomatic Therapy of Infected Bone Defects.

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12343

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（責任編輯：xu）

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