本技术涉及一种仿生四配位铜单原子纳米酶,具备Keggin型结构的纳米球形态。该纳米酶以铜单原子为核心,具有特定的负载量,展现出优异的催化性能。
背景技术
听力损失是当今世界最常见的残疾之一,据世卫组织2021年报道,目前听力损失影响超过15亿人,其中4.3亿人经历中度或更严重的听力损失。我国目前共有2.2亿人患有不同程度的听力损失,且老龄化加速了听力障碍人群的增加。听力损失不仅严重影响患者的生存质量,而且给社会带来沉重负担,全球每年由听力损失造成的经济负担高达7500亿美元。因此,听力损伤的高效防治不仅利于提高国家公共卫生安全,也能提高人民的生命健康和经济的可持续发展。
目前的听力障碍人群近70%属于感音神经性耳聋,耳蜗毛细胞是听觉感知和传导的重要元件,噪声、耳毒性药物(抗肿瘤化疗药物、氨基糖苷类抗生素等)、重金属以及衰老等因素引起毛细胞和神经元不可逆的损伤和缺失,是导致感音神经性聋的重要原因。大量的研究表明,各种损伤因素诱发毛细胞和神经元的应激反应,进而产生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS),是导致毛细胞损伤的主要机制,阻止或延缓ROS的过量积累,高效清除细胞内的ROS,对毛细胞的保护与修复非常关键。
例如,患者采用抗肿瘤药顺铂治疗后,容易出现耳鸣以及影响听力的状况。过去二十年来,临床试验探索了各种重新利用的药物以及新药候选物,以减轻顺铂诱导的听力损失。到目前为止,大多数治疗方案都无法在临床前动物研究和随机对照临床试验中展现出疗效。因此,亟需开发结构明确、安全有效、智能可控的抗氧化药物靶向保护毛细胞。
目前听力损失的治疗手段十分有限,引入抗氧化药物进行治疗已经成为当前感音神经性耳聋治疗重要的治疗手段之一。虽然基于感音神经性耳聋的发病机制与药物治疗领域虽然有诸多研究成果发现,但是这些成果中采用的抗氧化药物的听力保护作用有限,主要原因有:(1)内耳特殊的生理和解剖学特征严重阻碍药物对耳蜗靶向细胞的供应和吸收,全身给药受制于血-迷路屏障(Blood labyrinthbarrier,BLB),药物利用率大大降低,药物作用时间有限;(2)药物的靶向性差,难以有效追踪递送和代谢路径,易降解导致滞留时间短,无法高效清除内耳的ROS;(3)多数药物的临床稳定性与安全性仍需进一步验证。因此,研发高靶向性、药物递送路径可视化、安全长效的新药物对听觉毛细胞保护和治疗听力损伤具有重要的意义。
纳米酶具有类似天然酶的催化特性,且不同于天然有机酶对反应环境高敏感、低稳定性以及分离制备耗时长等缺陷,纳米酶具有更高的酶活性、稳定性和可调节性而被广泛应用于生物医学领域。
“单原子催化”,在单原子催化剂中,金属原子只与载体发生电子相互作用,这种强相互作用显著地调变了金属和载体的电子结构,使其具备易于调控、易于优化和提高催化性能、结构简单且均一、低成本适合量产等优势。
基于此,我们针对目前缺乏FDA批准药物用于预防或治疗感音神经性耳聋的问题,选取具有多价态、良好催化活性的金属离子,通过模拟天然抗氧化物酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等)的金属活性中心结构,模拟金属原子与氮基形成四配位的稳定环境,形成具有抗氧化活性、安全长效的铜单原子纳米酶,将该铜单原子纳米酶作用于毛细胞保护工作中,并创新性应用于听觉保护领域。
实现思路