中南大学刘又年教授团队Adv. Mater.: 黑磷纳米片用于神经退行性疾病治疗取得重大进展

【成果简介】

近日，中南大学化学化工学院刘又年教授团队与北京大学郭少军教授合作，在纳米药物研究领域取得重大进展。神经退行性疾病是目前严重危害人类健康的一类老年疾病。目前国际上尚无有效治疗神经退行性疾病的药物，这主要是由于致病机理复杂，如大脑内金属离子代谢异常，大脑内氧化还原平衡失调等。另外，大部分的药物不能穿越血脑屏障进行治疗。

针对此问题，刘又年教授团队创新性地将黑磷纳米片材料用于神经退行性疾病的治疗。黑磷纳米片上丰富的磷原子可以高效结合神经退行性疾病患者大脑中的过量铜离子，降低铜离子相关的病理过程，并抑制铜离子催化的氧化物种生成。更为重要的是，黑磷纳米片具有良好的光热性质，光热可以促进血脑屏障的通透性。因此，通过控制近红外光可以调控黑磷纳米片穿越血脑屏障，实现脑内治疗。细胞和动物实验结果表明，该纳米药物可以有效降低神经细胞内氧化压力，保护神经免受氧化损伤，黑磷纳米片可以有效穿越小鼠血脑屏障进入大脑，且对正常组织无明显毒副作用。

相关研究结果以“Black Phosphorus Nanosheets as a Neuroprotective Nanomedicine for Neurodegenerative Disorder Therapy”为题发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该成果是继刘又年教授团队在《先进材料》(Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201603864)上发表的关于黑磷纳米抗肿瘤药物运输体系之后，又一重要科学发现，为黑磷纳米药物的开发提供了新的思路。

另外，团队以蛋白为模板制备金属纳米材料方面和生物仿生方面也取得一系列成果：Advanced Functional Materials, 2017, 27, 1605795; Small, 2017, doi: 10.1002/smll.20170252; Chemistry – An Asian Journal, 2017, 12, 2374-2378 (VIP paper)。

此研究工作得到了国家自然科学基金项目(No. 21636010, 21476266)的资助。

【图文导读】

图1 黑磷纳米片用于神经退行性疾病治疗机理

Cu²⁺被抗坏血酸（AA）还原并催化O₂产生自由基，黑磷纳米片利用光热穿越血脑屏障，结合Cu²⁺并抑制自由基产生，保护神经细胞。

图2 黑磷纳米片结合Cu²⁺表征

a)黑磷纳米片TEM图；

b)黑磷纳米片结合铜离子后TEM图；

c)XPS表征黑磷纳米片与铜离子之间化学作用；

d)TEM mapping图像显示铜离子结合在黑磷纳米片表面；

e)黑磷纳米片可以选择性结合Cu²⁺。

图3 黑磷纳米片抑制Cu²⁺催化的氧化压力

a-b)黑磷纳米片抑制铜离子催化下H₂O₂的产生；

c)黑磷纳米片抑制铜离子催化下羟基自由基的产生；

d)黑磷纳米片降低胞内氧化压力；

e-f)黑磷纳米片抑制氧化物种对神经细胞的损伤。

图4 黑磷纳米片对神经细胞线粒体的保护作用

a) AA, b) Cu²⁺, c) Cu²⁺+AA, d) BP+Cu²⁺+AA作用下神经细胞线粒体膜电位成像。

图5 黑磷纳米片光热作用下穿越血脑屏障

a) 黑磷纳米片的光热活性；

b) 近红外光调控黑磷纳米片穿越体外血脑屏障模型；

c) 体内光热成像；

d-e) 黑磷纳米片穿越体内血脑屏障；

f) 小鼠主要器官组织HE染色。

【团队简介】

刘又年教授团队主要研究方向为多功能纳米材料的制备及在环境、能源和生物医药中的应用。具体为：(1) CO₂的捕获与转化（CCC）纳米催化体系设计；(2) 抗肿瘤靶向药物的设计药物的控制释放等；(3) 纳米生物材料的合成及应用研究; (4)锂离子电池及锂硫电池关键材料研究。目前在国际期刊Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Small, Chem. Comm., Anal. Chem., AIChEJ等刊物上发表论文近200余篇。团队承担国家自然科学基金重点项目，“863”计划及国家自然科学基金项目多项。

文献链接：Black Phosphorus Nanosheets as a Neuroprotective Nanomedicine for Neurodegenerative Disorder Therapy (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.2017034581703458)

本文由中南大学杨娟供稿。

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