文章標題：Neutrophil-like Cell-Membrane-Coated Nanozyme Therapy for Ischemic Brain Damage and Long-Term Neurological Functional Recovery

第一作者：Lishuai Feng, Chaoran Dou, Yuguo Xia 

通訊作者：Yingsheng Cheng, Xiaojun Cai, Yan Wang, Fan Zhang 

通訊單位：上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院，復旦大學化學系

論文導讀：

氧化應激和一系列過度的炎癥反應是缺血性腦卒中后神經功能恢復的主要障礙。迫切需要有效的無創(chuàng)抗炎療法。然而，目前藥物的治療效果不令人滿意和藥物輸送到受損大腦的不足是主要問題。具有強大抗炎和抗氧化應激特性的納米酶具有治療缺血性中風的可能性。然而，通過非侵入性給藥，納米酶在缺血腦中的積累不足阻礙了它們的應用。在此，我們報道了一種中性粒細胞樣細胞膜包被的介孔普魯士藍納米酶（MPBzyme@NCM）基于中風后發(fā)炎的腦微血管內皮細胞和中性粒細胞之間的先天聯(lián)系，通過改善納米酶向受損大腦的遞送，實現(xiàn)缺血性中風的無創(chuàng)主動靶向治療。MPBzyme@NCM被遞送到受損大腦并被小膠質細胞攝取后，詳細說明了MPBzyme@NCM對缺血性中風的長期體內治療效果。此外，通過MPBzyme@NCM治療缺血性腦卒中的詳細機制 進一步研究了小膠質細胞的攝取，包括小膠質細胞向 M2 極化、中性粒細胞募集減少、神經元凋亡減少以及神經干細胞、神經元前體和神經元的增殖。該策略可能為納米酶治療腦部疾病提供應用前景。

研究進展：

中風是21世紀全球死亡和嚴重殘疾的主要原因。缺血性中風是由血管中的血栓突然堵塞引起的，是一種常見的疾病被確定為最常見的中風亞型。氧化應激與一系列過度應激

再灌注后的炎癥反應影響神經功能功能恢復，從而影響患者的預后缺血性卒中患者存活。然而，沒有特異性藥物顯著改善患者預后腦卒中患者由于腦卒中發(fā)病機制復雜。神經功能恢復和康復的有效途徑腦卒中后長期生存率的改善尚不清楚迫切需要大量的活性氧（ROS）生成腦缺血再灌注損傷是腦缺血再灌注損傷的關鍵之一影響患者預后的因素。由于腦微血管內皮細胞的存在，血液的關鍵成分?腦屏障（BBB），以及目標積累不足通過非侵入性給藥對受損大腦進行納米酶檢測阻礙了它們的應用。據報道，細胞膜包裹納米顆粒在保存的同時具有高度復雜的生物學功能納米顆粒固有的物理化學性質。這種有效的策略可以改善納米顆粒通過轉移整個細胞運送到特定部位從特定的生物衍生細胞到細胞表面的膜合成納米顆粒的表面。炎癥腦微血管之間的相互作用內皮細胞和白細胞是一個重要的病理過程中風后的特征。粘附力的表達發(fā)炎的腦微血管內皮細胞上的分子，中性粒細胞是最具反應性的白細胞亞群被誘騙到受損細胞大腦和炎癥腦微血管的相互作用內皮細胞由于整合素β2的表達，中性粒細胞膜上的巨噬細胞-1抗原（Mac-1）和淋巴細胞功能相關抗原1（LFA-1）。新興的細胞膜包衣技術可能賦予涂層納米顆粒與特定的微環(huán)境互動。在此，我們報告了一種非侵入性靶向納米酶遞送利用中性粒細胞樣細胞膜構建平臺（NCM）包覆介孔普魯士藍納米酶(MPBzyme@NCM)用于治療缺血性中風。主動靶向傳遞MPBzyme@NCM到受損的大腦是通過與發(fā)炎的大腦結合來實現(xiàn)的微血管內皮細胞。積累的MPBzyme@受損腦內的NCM被小膠質細胞吞噬，并被激活對缺血性中風產生長期治療效果。

MPBzyme是用的鐵氰化鉀和聚乙烯吡咯烷酮材料（PVP）在酸性溶液中通過改進的水熱法制作的。我們選擇了其中一個制備的MPBzyme在H+濃度為1 moL/L作為代表性MPBzyme來執(zhí)行下面的實驗。透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）圖像呈棱角立方體狀不規(guī)則形態(tài)（圖1a）。相對壓力存在明顯的滯后環(huán)在MPBzyme的吸附曲線中介于0.8到1.0之間，屬于IV型等溫線（圖1b）。這結果表明，MPBzyme具有介孔結構。MPBzyme的比表面積約為104.5m2/g，平均介孔孔徑為～2.4納米（圖1b）。介孔結構與高比表面積有利于MPBzyme與活性物質接觸例如ROS.35晶格條紋間距為0.49、0.35和0.25nm分別對應于（200）、（220）和（400）晶格平面（圖1c）。高分辨率透射電鏡（HRTEM）圖像顯示晶格邊緣區(qū)域為在MPBzyme的結構中不連續(xù)分布。這個缺陷會降低結晶度，導致介孔結構的形成

MPBzyme的結構。明顯的特征峰和no在X射線衍射（XRD）中發(fā)現(xiàn)雜質峰MPBzyme的譜。對MPBzyme的組成進行了分析Fe3[Fe（CN）6]2（JCPDS no.73-0687），通過對XRD光譜（圖1d）。主峰位于17.5°左右，25°、35°和39°對應于（200）、（220）、（400），和（420）晶格平面。所選區(qū)域的HRTEM圖像電子衍射（SAED）和XRD光譜表明制備的MPBzyme的結晶度（圖1c，d）。生理鹽水和血清中的流體動力學直徑生理鹽水中的特征吸光度表明MPBzyme在生理狀態(tài)下的穩(wěn)定性和分散性28天內（圖1e，f）

基因工程中關鍵膜蛋白的表達MPBzyme@NCM與分化的HL-60細胞膜相似（圖2a），透射電鏡和高角度圓形暗場成像MPBzyme@NCM核殼結構明顯，鐵、碳、氮、鉀元素分布于核內MPBzyme@NCM（圖2b-d）。此外，水動力直徑MPBzyme@NCM與MPBzyme相比增加了約25 nm，并且MPBzyme@NCM比MPBzyme的陰性程度低，進一步表明NCM的成功包衣（圖2e，f）。在TiO2/UV系統(tǒng)的ESR光譜（圖2g）中清楚地觀察到了強度為1:2:2:1的DMPO/OH的四個特征峰，表明在TiO2/UV系統(tǒng)中成功生成了?OH。加上構造的MPBzyme@NCM，DMPO/?OH的強度顯著降低（圖2g，j），表明DMPO具有良好的?OH清除性能MPBzyme@NCM. ESR光譜中的1:1:1:1多個峰表明?OOH的存在，并且DMPO/?OOH的強度隨著添加量的增加而降低MPBzyme@NCM（圖2h，k），顯示了MPBzyme@NCM. 選擇具有ESR信號超精細結構的水溶性自旋標記14N-氮氧化物3-氨甲酰-2,2,5,5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧基（CTPO）來探索MPBzyme@NCM. ESR信號的超精細結構隨濃度的增加而改變MPBzyme@NCM（圖2i，l），表明MPBzyme@NCM。

平均潛伏期下降MPBzyme@NCM-從中風后第3天到第28天，接受治療的中風小鼠遠遠高于接受生理鹽水治療和MPBzyme治療的中風小鼠（圖3a-b）。對側前肢在大鼠圓柱體試驗中的不對稱率MPBzyme@NCM-從中風后第3天到第28天接受治療的中風小鼠比生理鹽水治療和MPBzyme治療的中風小鼠小得多（圖3c，d）。另外，觸摸膠帶的時間，并將膠帶取下MPBzyme@NCM-從中風后第3天到第28天，治療的中風小鼠比生理鹽水治療和MPBzyme治療的中風小鼠短（圖3e-g）。生理鹽水處理和MPBzyme處理的中風小鼠的旋轉試驗、圓筒試驗和膠帶粘附試驗沒有顯著差異。上述rotarod試驗、圓筒試驗和膠帶粘附試驗的結果強烈表明了該藥物的有效治療效果MPBzyme@NCM關于中風后的感覺運動功能（圖3a-g）。此外，在中風后第24天至第28天，通過巴倫斯迷宮測試評估空間認知功能（圖3h，i）。經過四天的訓練，評估了發(fā)現(xiàn)目標的平均潛伏期和發(fā)現(xiàn)過程中的錯誤數（圖3j-m）。代表性的運動軌跡如圖6i所示，表明大腦具有良好的空間認知功能MPBzyme@NCM-治療中風小鼠與生理鹽水治療和MPBzyme治療中風小鼠進行比較。在測試過程中發(fā)現(xiàn)目標的最小延遲和錯誤數顯示在MPBzyme@NCM-三個不同治療組中的治療中風小鼠（圖3j-m），表明MPBzyme@NCM治療提高了中風小鼠的空間學習能力?？傊?，MPBzyme@NCM顯著改善中風小鼠的感覺運動和認知功能。

總結與展望：

來自上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院上海超聲醫(yī)學研究所（超聲醫(yī)學科）聯(lián)合放射科、神經外科和復旦大學化學系的團隊通過建立中性粒細胞膜包裹的普魯士藍納米酶，實現(xiàn)了納米酶突破血腦屏障的瓶頸，為腦卒中及其他腦部炎癥性 疾病的治療提供依據?？傊?，基于發(fā)炎的腦微血管內皮細胞和中性粒細胞之間的相互作用，有效增強MPBzyme@NCM納米酶靶向受損腦。這一策略提高了納米顆粒向腦實質的傳遞效率，為納米酶進入受損大腦并實現(xiàn)其固有的活性氧清除活性提供了機會。通過MPBzyme@NCM在與發(fā)炎的腦微血管內皮細胞相互作用、進入受損腦并被小膠質細胞吞噬后，促進小膠質細胞向M2極化和神經發(fā)生。此外，該策略為實現(xiàn)納米酶治療其他腦部疾病，如阿爾茨海默病和帕金森病提供了應用前景。

論文信息：

Neutrophil-like Cell-Membrane-Coated Nanozyme Therapy for Ischemic Brain Damage and Long-Term Neurological Functional Recovery

Lishuai Feng, Chaoran Dou, Yuguo Xia, Benhao Li, Mengyao Zhao, Peng Yu, Yuanyi Zheng, Ahmed Mohamed El-Toni, Nada Farouk Atta, Ahmed Galal, Yingsheng Cheng*, Xiaojun Cai*, Yan Wang*, and Fan Zhang*

ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.0c07973

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c07973