復旦大學ACS Nano報道：錨定在紅細胞上的超分子獵手通過分子識別高效捕捉毒素分子

【背景介紹】

迅速降低有毒物質的體內水平仍是當前對中毒患者救治的首選策略。當前應用最普遍的清除毒物策略是通過吸附材料（如活性炭等）進行吸附。這種吸附作用是被動、無選擇性的，對某些特定毒素的清除缺乏針對性。例如，百草枯中毒的靶器官主要為肺，其次是腎。根據百草枯毒代動力學分析，服用百草枯后，毒素會迅速分布于消化道和肌肉內，并在長時間內持續通過血液向肺與腎蓄積；在此過程中血液中毒素濃度卻長時間維持在較低水平，因此臨床上常用的針對血液的短期、被動凈化技術，只能從體內清除有限部分的毒素。在當前被動吸附策略指導下（血液灌流或血液透析），急性百草枯中毒的死亡率仍高達50%。因此，亟待需要在了解毒素構性的基礎上，發展一種按需設計、精準、主動、長效的解毒策略。

【成果簡介】

基于此，復旦大學藥學院的孫濤副教授、蔣晨教授和復旦大學附屬閔行醫院急診科的孫克玉教授（共同通訊作者）聯合報道了一種積極、精準的按需定制型解毒策略。在準確理解目標毒素分子構性和毒代動力學的基礎上，通過精巧的分子設計，構筑了一種可錨定在紅細胞（RBC）上的超分子獵手，以主動、持續、精準地追蹤血液中的毒素分子。在此構建體中，研究人員合成了一種Janus樹狀兩親（JDA）性大分子，以便容易錨固在RBC膜上，同時橋接負載能夠精確識別百草枯的解毒劑WP6。根據體外和體內實驗結果表明，通過客體交換反應，該系統具有有效的捕捉毒性分子和中和毒性的能力。為設計高效解毒系統提供了不同的思路。研究成果以題為“Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition”發布在國際著名期刊ACS Nano上。

【圖文解讀】

圖一、駐留在RBC上用于解毒血液中百草枯的超分子獵手的示意圖

圖二、分子識別研究
（A）隨WP6的添加百草枯或吡啶鎓的1H NMR光譜變化；

（B）在WP6存在下，百草枯溶液（aq）的連續顏色梯度變化；

（C）Job’s連續變化法檢測復雜的化學計量以及UV雙倒數法計算溶液中WP6/客體的絡合常數；

（D）添加WP6后，水中百草枯的連續熒光猝滅現象。

圖三、將WP6負載到RBC的策略
（A）通過小泡細胞相互作用負載WP6的策略示意圖；

（B）粒徑大小分布圖；

（C）Zeta電位圖；

（D）由JDA或WP6@JDA組裝而形成的囊泡丁達爾現象；

（E）不同工程化策略的WP6負載效率；

（F） 分子分散態WP6@JDA和預組裝型的WP6@JDA囊泡的WP6負載效率隨時間的變化；

（G）預組裝型負載效率與加入WP6量之間的關系。

圖四、工程設計的紅細胞特性
（A-B）通過IVIS注射DIR@RBC、IR780@RBC或僅IR780的大鼠的血樣的熒光半定量結果和對應圖像；

（C）摻雜JDA類似物DID探針標定的RBC；

（D）通過“標記重捕法”觀察用DIR@RBC注射48 h后大鼠的血樣；

（E）在DVIS@RBC、IR780@RBC或僅在IVIS下觀察到的IR780注射后，在不同間隔大鼠的主要臟器及血液的離體熒光情況。

圖五、評估降低的ROS毒性
（A）水溶液中百草枯、百草枯@WP6的循環伏安曲線；

（B-C）在百草枯或百草枯@WP6存在下，細胞的存活率和ROS水平；

（D-E）百草枯中毒后，用WP6或WP6@JDA處理1 h和12 h的細胞存活率；

（F-H）通過流式細胞術評估測試細胞的ROS水平。

圖六、評估體內和體外清除百草枯的效果
（A）使用透析袋在PBS=7.4中進行百草枯清除動力學研究；

（B）在中毒大鼠上進行單一治療后，血漿中殘留百草枯隨時間的濃度曲線；

（C）中毒大鼠在不同處理下后第7天血液中殘留的百草枯濃度，以研究在早期介入或晚期治療時百草枯的清除效果；

（D）在中毒大鼠身上測試清除劑后，不同注射頻率下百草枯的殘留濃度；

（E）在中毒大鼠上通過不同治療或注射量測試的WP6血藥濃度；（F-G）通過肺和腎中百草枯的含量，評估不同的治療策略；

（H）WP6@JDA@RBC可能的百草枯清除機制。

圖七、不同治療方法對肺保護的研究
（A-B）經過不同處理后從中毒大鼠中分離出的肺部圖像和肺W/D比；

（C）在飽和咔唑酸中用Sirius Red染色的肺部膠原蛋白纖維染色；

（D-E）典型的纖維化跡象包括玻璃樣異常密度和在小動物CT上檢測到的肺有效體積。

圖八、評估治療效果
（A）該工作中毒和早期/晚期救治策略；

（B, D）大鼠的存活率和體重變化曲線；

（C, E-H）中毒后第6天后各組的行為學表現，包括在露天測試中的（C）總移動時間、（E）面部整理次數、（F）站立次數、（G）越格次數和（H）移動距離。

【總結】

綜上所述，不同于與傳統的被動解毒方法，在本文里作者提出了一種積極、定制型、準確的解毒策略，可在體內長效、主動捕獲有害物質。為了清除目標毒素，作者開發了一種可錨定在RBC上的超分子獵手作為清道夫。該定做型解毒劑在體外和體內均表現出優異的毒素捕獲能力，并可實現良好的肺和腎臟的保護。作者同時表示，中毒早期介入、施以主動長效的解毒策略，在臨床上有較大的轉化潛力。

文獻鏈接：Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition（ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c01119）

通訊作者簡介

本文通訊作者為復旦大學藥學院蔣晨教授團隊：

蔣晨教授：杰青，目前擔任復旦大學藥學院藥劑學系（國家重點學科）主任、智能化遞藥教育部重點實驗室主任。研究方向主要集中在腦靶向、腫瘤靶向等藥物遞送系統的設計、構建和評價的基礎應用研究。

孫濤副教授：復旦大學引進人才，上海市揚帆計劃人才。研究方向為利用分子設計構建功能型藥物遞送系統，采用刺激敏感型動態鍵，對話于疾病微環境，實現藥物高效負載與智能釋放。

復旦大學藥學院蔣晨團隊成立于2003年，現任課題組負責人為蔣晨教授。目前，課題組有教授一名，副教授一名；在讀博士研究生八名，碩士研究生兩名。 課題組的研究方向主要集中在腦靶向、腫瘤靶向等藥物遞送系統的設計、構建和評價的基礎應用研究，包括：①靶向功能分子（小分子化合物、多肽）的設計、合成、篩選；②功能高分子材料的設計、合成、篩選；③靶向藥物遞送系統的構建、表征；④ 基于前藥的藥物遞釋系統。通過新型靶向功能分子的優選和優良載藥系統的應用，構建了一系列新型、高效的腦靶向遞藥系統，在以上工作的基礎上，提高了小分子藥物、基因等大分子藥物的靶向遞送效率和組織選擇性，開展了對神經退行性疾病、中樞感染等腦部疾病，肝、腦部等腫瘤的靶向治療和診斷研究。主持國家杰出青年基金1項，自然科學基金 4 項、國家863項目 1 項；參加國家重大科學研究計劃 2 項，并作為主要學術骨干參加國家重大新藥創制計劃的“新制劑與新釋藥系統技術平臺”建設項目。近五年已發表高質量SCI論文多篇，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., ACS Nano, Biomaterials, J. Control. Release, Chem. Commun., Small等。

優秀研究成果部分展示：

1. Li C, Xie Z, Chen Q, Zhang Y, Chu Y, Guo Q, Zhou W, Zhang Y, Liu P, Chen H, Jiang C*, Sun K*, Sun T*. Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition, ACS Nano. 2020. DOI: 10.1021/acsnano.0c01119

2. Sun T, Zhang GP, Guo ZY, Chen QJ, Zhang YJ, Chu YC, Guo Q, Chao Li, Zhou WX, Zhang YW, Liu PX,Chen HY, Yu HJ, Jiang LP, Jiang C, Co-delivery of Cu(I) chelator and chemotherapeutics as a new strategy for tumor theranostic, Journal of Controlled Release, Volume 321,2020, 483-496,

3. Guo Q, He X, Li C, He Y, Peng Y, Zhang Y, Lu Y, Chen X, Zhang Y, Chen Q, Sun T, Jiang C*. Dandelion‐Like Tailorable Nanoparticles for Tumor Microenvironment Modulation，Advanced Science, 2019, 1901430.

4. Sun T, Zhang GP, Wang QB, Guo ZY, Chen QJ, Chen XL, Lu YF, Zhang Y, Zhang Y, Guo Q, Gao X, Cheng YZ, Chen Jiang*. Pre-blocked molecular shuttle as an in-situ real-time theranostics, Biomaterials,2019,204, 46-58,

5. Liu LS, Chen QJ, Ruan CH, Chen XL, He X, Zhang Y, Zhang YJ, Lu YF, Guo Q, Zhou WX, Li C, Sun T, Jiang C*. Nano-engineered lymphocytes for alleviating suppressive tumor immune microenvironment, Applied Materials Today, 2019, 273-279

6. Zhang Y, Zhang YJ, Guo Q, Guo ZY, Chen XL, Liu LS, Li C, Chen QJ, He X, Lu YF, Sun T, Huang YZ, and Jiang C*. Trained Macrophage Bioreactor for Penetrating Delivery of Fused Antitumor Protein. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11 (26), 23018-23025

7. Chen XL，Zhou WX, Chen QJ, Sun T, Lu YF, Zhang YJ, Guo Q, Li C, Zhang Y, Liang C, Shi S, Yu XJ, Jiang C*. Codelivery Nanosystem Targeting the Deep Microenvironment of Pancreatic Cancer. Nanoletter, 2019, 9b00374

8. Lu YF, Li C, Chen QJ, Liu PX, Guo Q, Zhang Y, Chen XL, Zhang YJ, Zhou WX, Liang DH, Zhang YW, S Bun T, Lu WG*, Jiang C*. Microthrombus‐Targeting Micelles for Neurovascular Remodeling and Enhanced Microcirculatory Perfusion in Acute Ischemic Stroke. Advanced Materials, 2019, 1808361

更詳細情況，請瀏覽團隊主頁：http://smartdds.fudan.edu.cn/jiangchen/Index.aspx

復旦大學附屬閔行醫院孫克玉主任醫師：

復旦大學附屬閔行醫院急診科主任，復旦大學碩士研究生導師，上海市醫學重點專科學科帶頭人，閔行區領軍人才。現任上海市醫學會急診醫學分會委員，上海市醫師協會急診科醫師分會委員，上海是中西醫結合學會急救醫學分會委員，中國老年保健協會第一目擊者現場救護專業委員會委員。從事急診臨床工作近20年，在急診危重病領域有較深的造詣，擅長各種急危重病人監測和搶救，多臟器功能維護，嚴重膿毒癥、嚴重多發傷救治，心肺腦復蘇，急性中毒與重癥感染治療，機械通氣技術、急性肺栓塞的搶救等。

本文由CQR編譯。

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