材料学院师生在《科学进展》上发表最新研究成果

发布时间: 2024-09-02 11:54:43 浏览次数 : 563 来源:江苏大学

近日，我校材料科学与工程学院新材料研究院刘磊、冯永海团队在Science子刊《科学进展》(Science Advances)上在线发表研究论文“Nitrite reductase–mimicking catalysis temporally regulating nitric oxide concentration gradient adaptive for antibacterial therapy”。江苏大学为第一完成单位，冯永海副研究员为第一作者，刘磊研究员为最后通讯作者，南京医科大学附属常州二院王亮亮博士、中国科学技术大学附属第一医院杨甜柯博士为共同通讯作者。

感染部位的细菌群落是由多种细菌和独特的代谢微环境组成的复杂系统，其特征包括局部温度升高、高反应性氧化物种(ROS)、特定酶类和营养缺乏。复杂的感染微环境(IME)通常需要复杂的抗菌材料设计，以适应IME并增强抗菌治疗。简化设计同时提高IME适应性仍然是一个巨大的挑战。受亚硝酸盐还原酶催化的启发，团队设计了一种智能铜亚硝酸盐还原酶(CuNIR)模拟物，通过简单的NO浓度梯度时间调控策略，同时高效杀菌并促进组织修复。这种设计在初始催化阶段产生高浓度的NO，确保其抗菌效果，同时在后期阶段持续释放低浓度的NO，有助于促进组织修复。

在本研究中，团队通过生物矿化构建了一种CuNIR模拟物(溶菌酶自组装纳米纤维/CuS纳米杂化物，NFLA/CuS NHs)，该模拟物能够催化亚硝酸盐生成NO，其中超小CuS纳米颗粒作为活性中心，而NFLA作为具有辅因子作用的骨架。研究揭示了CuNIR模拟物增强的催化活性与其特定结构之间的密切关系，NFLA表面暴露的超小CuS簇和Cu原子结构以及NFLA在模仿CuNIR固有活性中的特定辅因子效应(如对抗坏血酸的良好亲和性)在速率决定步骤中的重要性。研究表明，以上两个因素协同作用，共同增强了催化活性。

NFLA/CuS NHs动态调控NO释放策略适应IME的抗菌治疗。其固有的细菌结合能力、CuNIR模拟活性和近红外响应性，使NFLA/CuS NHs在初始催化阶段(0.5小时)能够在细菌周围产生大量NO，这会导致细胞膜崩解和变形，同时引发包括氨基酸和蛋白质合成损伤、毒素产生和细胞分裂在内的细胞内干扰，最终导致细菌死亡和抗菌耐药性降低。随后，通过NFLA/CuS NHs介导的亚硝酸盐还原释放的低浓度NO显著促进了细胞迁移和血管生成，同时抑制炎症并促进新生血管形成和胶原沉积。这种通过亚硝酸盐还原酶模拟催化实现的NO浓度梯度时间调控最终有助于慢性感染伤口的修复。

该研究成果得到了国家自然科学基金项目和江苏省自然科学基金项目的资助