文章标题：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 

通讯作者：Yingsheng Cheng, Xiaojun Cai, Yan Wang, Fan Zhang 

通讯单位：上海交通大学附属第六人民医院，复旦大学化学系

论文导读：

氧化应激和一系列过度的炎症反应是缺血性脑卒中后神经功能恢复的主要障碍。迫切需要有效的无创抗炎疗法。然而，目前药物的治疗效果不令人满意和药物输送到受损大脑的不足是主要问题。具有强大抗炎和抗氧化应激特性的纳米酶具有治疗缺血性中风的可能性。然而，通过非侵入性给药，纳米酶在缺血脑中的积累不足阻碍了它们的应用。在此，我们报道了一种中性粒细胞样细胞膜包被的介孔普鲁士蓝纳米酶（MPBzyme@NCM）基于中风后发炎的脑微血管内皮细胞和中性粒细胞之间的先天联系，通过改善纳米酶向受损大脑的递送，实现缺血性中风的无创主动靶向治疗。MPBzyme@NCM被递送到受损大脑并被小胶质细胞摄取后，详细说明了MPBzyme@NCM对缺血性中风的长期体内治疗效果。此外，通过MPBzyme@NCM治疗缺血性脑卒中的详细机制 进一步研究了小胶质细胞的摄取，包括小胶质细胞向 M2 极化、中性粒细胞募集减少、神经元凋亡减少以及神经干细胞、神经元前体和神经元的增殖。该策略可能为纳米酶治疗脑部疾病提供应用前景。

研究进展：

中风是21世纪全球死亡和严重残疾的主要原因。缺血性中风是由血管中的血栓突然堵塞引起的，是一种常见的疾病被确定为最常见的中风亚型。氧化应激与一系列过度应激

再灌注后的炎症反应影响神经功能功能恢复，从而影响患者的预后缺血性卒中患者存活。然而，没有特异性药物显著改善患者预后脑卒中患者由于脑卒中发病机制复杂。神经功能恢复和康复的有效途径脑卒中后长期生存率的改善尚不清楚迫切需要大量的活性氧（ROS）生成脑缺血再灌注损伤是脑缺血再灌注损伤的关键之一影响患者预后的因素。由于脑微血管内皮细胞的存在，血液的关键成分−脑屏障（BBB），以及目标积累不足通过非侵入性给药对受损大脑进行纳米酶检测阻碍了它们的应用。据报道，细胞膜包裹纳米颗粒在保存的同时具有高度复杂的生物学功能纳米颗粒固有的物理化学性质。这种有效的策略可以改善纳米颗粒通过转移整个细胞运送到特定部位从特定的生物衍生细胞到细胞表面的膜合成纳米颗粒的表面。炎症脑微血管之间的相互作用内皮细胞和白细胞是一个重要的病理过程中风后的特征。粘附力的表达发炎的脑微血管内皮细胞上的分子，中性粒细胞是最具反应性的白细胞亚群被诱骗到受损细胞大脑和炎症脑微血管的相互作用内皮细胞由于整合素β2的表达，中性粒细胞膜上的巨噬细胞-1抗原（Mac-1）和淋巴细胞功能相关抗原1（LFA-1）。新兴的细胞膜包衣技术可能赋予涂层纳米颗粒与特定的微环境互动。在此，我们报告了一种非侵入性靶向纳米酶递送利用中性粒细胞样细胞膜构建平台（NCM）包覆介孔普鲁士蓝纳米酶(MPBzyme@NCM)用于治疗缺血性中风。主动靶向传递MPBzyme@NCM到受损的大脑是通过与发炎的大脑结合来实现的微血管内皮细胞。积累的MPBzyme@受损脑内的NCM被小胶质细胞吞噬，并被激活对缺血性中风产生长期治疗效果。

MPBzyme是用的铁氰化钾和聚乙烯吡咯烷酮材料（PVP）在酸性溶液中通过改进的水热法制作的。我们选择了其中一个制备的MPBzyme在H+浓度为1 moL/L作为代表性MPBzyme来执行下面的实验。透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）图像呈棱角立方体状不规则形态（图1a）。相对压力存在明显的滞后环在MPBzyme的吸附曲线中介于0.8到1.0之间，属于IV型等温线（图1b）。这结果表明，MPBzyme具有介孔结构。MPBzyme的比表面积约为104.5m2/g，平均介孔孔径为∼2.4纳米（图1b）。介孔结构与高比表面积有利于MPBzyme与活性物质接触例如ROS.35晶格条纹间距为0.49、0.35和0.25nm分别对应于（200）、（220）和（400）晶格平面（图1c）。高分辨率透射电镜（HRTEM）图像显示晶格边缘区域为在MPBzyme的结构中不连续分布。这个缺陷会降低结晶度，导致介孔结构的形成

MPBzyme的结构。明显的特征峰和no在X射线衍射（XRD）中发现杂质峰MPBzyme的谱。对MPBzyme的组成进行了分析Fe3[Fe（CN）6]2（JCPDS no.73-0687），通过对XRD光谱（图1d）。主峰位于17.5°左右，25°、35°和39°对应于（200）、（220）、（400），和（420）晶格平面。所选区域的HRTEM图像电子衍射（SAED）和XRD光谱表明制备的MPBzyme的结晶度（图1c，d）。生理盐水和血清中的流体动力学直径生理盐水中的特征吸光度表明MPBzyme在生理状态下的稳定性和分散性28天内（图1e，f）

基因工程中关键膜蛋白的表达MPBzyme@NCM与分化的HL-60细胞膜相似（图2a），透射电镜和高角度圆形暗场成像MPBzyme@NCM核壳结构明显，铁、碳、氮、钾元素分布于核内MPBzyme@NCM（图2b-d）。此外，水动力直径MPBzyme@NCM与MPBzyme相比增加了约25 nm，并且MPBzyme@NCM比MPBzyme的阴性程度低，进一步表明NCM的成功包衣（图2e，f）。在TiO2/UV系统的ESR光谱（图2g）中清楚地观察到了强度为1:2:2:1的DMPO/OH的四个特征峰，表明在TiO2/UV系统中成功生成了·OH。加上构造的MPBzyme@NCM，DMPO/·OH的强度显著降低（图2g，j），表明DMPO具有良好的·OH清除性能MPBzyme@NCM. ESR光谱中的1:1:1:1多个峰表明·OOH的存在，并且DMPO/·OOH的强度随着添加量的增加而降低MPBzyme@NCM（图2h，k），显示了MPBzyme@NCM. 选择具有ESR信号超精细结构的水溶性自旋标记14N-氮氧化物3-氨甲酰-2,2,5,5-四甲基-3-吡咯啉-1-氧基（CTPO）来探索MPBzyme@NCM. ESR信号的超精细结构随浓度的增加而改变MPBzyme@NCM（图2i，l），表明MPBzyme@NCM。

平均潜伏期下降MPBzyme@NCM-从中风后第3天到第28天，接受治疗的中风小鼠远远高于接受生理盐水治疗和MPBzyme治疗的中风小鼠（图3a-b）。对侧前肢在大鼠圆柱体试验中的不对称率MPBzyme@NCM-从中风后第3天到第28天接受治疗的中风小鼠比生理盐水治疗和MPBzyme治疗的中风小鼠小得多（图3c，d）。另外，触摸胶带的时间，并将胶带取下MPBzyme@NCM-从中风后第3天到第28天，治疗的中风小鼠比生理盐水治疗和MPBzyme治疗的中风小鼠短（图3e-g）。生理盐水处理和MPBzyme处理的中风小鼠的旋转试验、圆筒试验和胶带粘附试验没有显著差异。上述rotarod试验、圆筒试验和胶带粘附试验的结果强烈表明了该药物的有效治疗效果MPBzyme@NCM关于中风后的感觉运动功能（图3a-g）。此外，在中风后第24天至第28天，通过巴伦斯迷宫测试评估空间认知功能（图3h，i）。经过四天的训练，评估了发现目标的平均潜伏期和发现过程中的错误数（图3j-m）。代表性的运动轨迹如图6i所示，表明大脑具有良好的空间认知功能MPBzyme@NCM-治疗中风小鼠与生理盐水治疗和MPBzyme治疗中风小鼠进行比较。在测试过程中发现目标的最小延迟和错误数显示在MPBzyme@NCM-三个不同治疗组中的治疗中风小鼠（图3j-m），表明MPBzyme@NCM治疗提高了中风小鼠的空间学习能力。总之,，MPBzyme@NCM显著改善中风小鼠的感觉运动和认知功能。

总结与展望：

来自上海交通大学附属第六人民医院上海超声医学研究所（超声医学科）联合放射科、神经外科和复旦大学化学系的团队通过建立中性粒细胞膜包裹的普鲁士蓝纳米酶，实现了纳米酶突破血脑屏障的瓶颈，为脑卒中及其他脑部炎症性 疾病的治疗提供依据。总之，基于发炎的脑微血管内皮细胞和中性粒细胞之间的相互作用，有效增强MPBzyme@NCM纳米酶靶向受损脑。这一策略提高了纳米颗粒向脑实质的传递效率，为纳米酶进入受损大脑并实现其固有的活性氧清除活性提供了机会。通过MPBzyme@NCM在与发炎的脑微血管内皮细胞相互作用、进入受损脑并被小胶质细胞吞噬后，促进小胶质细胞向M2极化和神经发生。此外，该策略为实现纳米酶治疗其他脑部疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病提供了应用前景。

论文信息：

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

原文链接：

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