中南大學劉又年教授團隊Adv. Mater.: 黑磷納米片用于神經退行性疾病治療取得重大進展

【成果簡介】

近日，中南大學化學化工學院劉又年教授團隊與北京大學郭少軍教授合作，在納米藥物研究領域取得重大進展。神經退行性疾病是目前嚴重危害人類健康的一類老年疾病。目前國際上尚無有效治療神經退行性疾病的藥物，這主要是由于致病機理復雜，如大腦內金屬離子代謝異常，大腦內氧化還原平衡失調等。另外，大部分的藥物不能穿越血腦屏障進行治療。

針對此問題，劉又年教授團隊創新性地將黑磷納米片材料用于神經退行性疾病的治療。黑磷納米片上豐富的磷原子可以高效結合神經退行性疾病患者大腦中的過量銅離子，降低銅離子相關的病理過程，并抑制銅離子催化的氧化物種生成。更為重要的是，黑磷納米片具有良好的光熱性質，光熱可以促進血腦屏障的通透性。因此，通過控制近紅外光可以調控黑磷納米片穿越血腦屏障，實現腦內治療。細胞和動物實驗結果表明，該納米藥物可以有效降低神經細胞內氧化壓力，保護神經免受氧化損傷，黑磷納米片可以有效穿越小鼠血腦屏障進入大腦，且對正常組織無明顯毒副作用。

相關研究結果以“Black Phosphorus Nanosheets as a Neuroprotective Nanomedicine for Neurodegenerative Disorder Therapy”為題發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。該成果是繼劉又年教授團隊在《先進材料》(Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201603864)上發表的關于黑磷納米抗腫瘤藥物運輸體系之后，又一重要科學發現，為黑磷納米藥物的開發提供了新的思路。

另外，團隊以蛋白為模板制備金屬納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)。

此研究工作得到了國家自然科學基金項目(No. 21636010, 21476266)的資助。

【圖文導讀】

圖1?黑磷納米片用于神經退行性疾病治療機理

Cu²⁺被抗壞血酸（AA）還原并催化O₂產生自由基，黑磷納米片利用光熱穿越血腦屏障，結合Cu²⁺并抑制自由基產生，保護神經細胞。

圖2?黑磷納米片結合Cu²⁺表征

a)黑磷納米片TEM圖；

b)黑磷納米片結合銅離子后TEM圖；

c)XPS表征黑磷納米片與銅離子之間化學作用；

d)TEM mapping圖像顯示銅離子結合在黑磷納米片表面；

e)黑磷納米片可以選擇性結合Cu²⁺。

圖3?黑磷納米片抑制Cu²⁺催化的氧化壓力

a-b)黑磷納米片抑制銅離子催化下H₂O₂的產生；

c)黑磷納米片抑制銅離子催化下羥基自由基的產生；

d)黑磷納米片降低胞內氧化壓力；

e-f)黑磷納米片抑制氧化物種對神經細胞的損傷。

圖4?黑磷納米片對神經細胞線粒體的保護作用

a) AA, b) Cu²⁺, c) Cu²⁺+AA, d) BP+Cu²⁺+AA作用下神經細胞線粒體膜電位成像。

圖5?黑磷納米片光熱作用下穿越血腦屏障

a) 黑磷納米片的光熱活性；

b) 近紅外光調控黑磷納米片穿越體外血腦屏障模型；

c) 體內光熱成像；

d-e) 黑磷納米片穿越體內血腦屏障；

f) 小鼠主要器官組織HE染色。

【團隊簡介】

劉又年教授團隊主要研究方向為多功能納米材料的制備及在環境、能源和生物醫藥中的應用。具體為：(1) CO₂的捕獲與轉化（CCC）納米催化體系設計；(2) 抗腫瘤靶向藥物的設計藥物的控制釋放等；(3) 納米生物材料的合成及應用研究; (4)鋰離子電池及鋰硫電池關鍵材料研究。目前在國際期刊Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Small, Chem. Comm., Anal. Chem., AIChEJ等刊物上發表論文近200余篇。團隊承擔國家自然科學基金重點項目，“863”計劃及國家自然科學基金項目多項。

文獻鏈接：Black Phosphorus Nanosheets as a Neuroprotective Nanomedicine for Neurodegenerative Disorder Therapy?(Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.2017034581703458)

本文由中南大學楊娟供稿。

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