氢气释放材料治疗类风湿的研究

本研究利用纳米材料技术，设计了一种可以光照释放氢气的材料，多种方法证明这种材料释放氢气和细胞安全性等特征，用类风湿关节炎动物模型验证了这种材料对于控制炎症的可行性，结果表明这种策略对于具备炎症控制是一种有前景的治疗工具。利用材料释放氢气的研究，最近2年有比较快速的发作，材料学技术结合细胞和医学工具，证明某种释放氢气的材料具有抗氧化抗炎症作用。
类风湿关节炎(Rheumatoid arthritis, RA)是一种以滑膜增生和炎症细胞聚集为特征的慢性自身免疫性全身炎症性疾病，最终导致骨破坏、关节畸形，最终致残。RA的病因仍有争议，但其病理过程较为明确。炎症细胞大量集结和浸润促进滑膜增生，导致II类主要组织相容性复合体抗原过表达。炎症引起的一系列降解酶的产生和急性氧化应激导致类风湿关节严重的骨和软骨损伤。因此，去除增生的滑膜成纤维细胞，缓冲局部关节的氧化应激是治疗RA的有效方法。

 
氢气作为一种抗氧化应激剂，在预防和治疗氧化应激方面显示出巨大的潜力
氢气能迅速穿透细胞膜，减少细胞内有害的活性氧(ROS)，尤其是羟基自由基(·OH)，对细胞起到保护作用。虽然它们具有细胞毒性，但低浓度的氧气−和氢气 氧气在维持细胞增殖和凋亡等正常生理功能方面发挥着非常重要的作用。因此，在不影响其他ROS的基本生物活性的情况下，中和细胞毒性ROS是至关重要的。太田成男等证明氢气可以降低·OH引起的细胞毒性而不损害其他ROS，并提出氢气作为一种抗氧化剂具有预防和治疗疾病的潜力。此外，已有研究表明，气疗与常规治疗相结合具有协同治疗作用。何前军等指出氢热疗法不仅能协同增强抗肿瘤作用，而且有保护正常组织细胞免受热疗损伤的潜力。值得注意的是，氢气在生理条件下极低的溶解度限制了其生物应用。如何实现高光催化产氢和靶向给药是提高氢热疗法疗效的关键，但目前仍存在挑战性。纳米材料很可能为克服这一挑战提供一个平台。
近年来，空心半导体光催化剂、钨基光催化剂、TiO2、1T-MoSe2/g-C3N4等光催化纳米材料的研究得到了迅速发展。金属有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一种极具半导体性质的多孔材料，由有机连接体与金属离子/团簇结合而成，在光催化领域具有广阔的应用前景。多孔半导体材料有利于活性中心的暴露。除了上述优点外，MOFs的结晶性避免了e-h复合中心的结构缺陷。为了进一步抑制e-h复合，在n型半导体MOFs中引入金属纳米粒子(NPs)是一种已被证实的促进电荷分离的方法。由于肖特基势垒，迁移的电子被金属NPs捕获，空穴扩散到MOFs表面。然而，大多数MOFs具有与半导体类似的高导带(CB)和低价带(VB)，这使得它们具有较宽的带隙，只能引起紫外光的吸收，限制了其生物应用。通过引入表面等离子体共振(SPR)， MOFs的光吸收可以从紫外扩展到可见光(Vis)甚至近红外(NIR)。纳米金属的SPR盟和Ag)等可以通过Vis兴奋产生热电子和注入他们最低未占据分子轨道(LUMO)或CB的n型semiconductor-like mof,从而大大提高了超高频分离及光催化效率。江海龙等研究表明，与其他Pt-MOF和MOF@Au相比，在Vis辐照下，Pt-MOF@Au的光催化氢气产率更高。我们介绍了Pt-MOF@Au作为一种多功能氢气发生器，实现了类风湿性滑膜细胞靶向输送，具有极高的光催化氢气生成能力。

 
该研究设计了Pt-MOF@Au@QDs/PDA，通过“ELVIS”效应实现RA氢热疗法联合被动靶向类风湿性滑膜部位。Pt-MOF@Au催化剂结合了Au的表面等离子体共振激发和Pt-MOF肖特基结，在可见光照射下表现出非常高效的光催化氢气生成。pda介导的PTT在清除增殖滑膜细胞的同时可以缓冲氧化应激。值得注意的是，氢热联合治疗可减少单纯热治疗对正常细胞/组织的副作用，同时可通过控制给药生物还原性氢增强其对滑膜细胞氧化应激的缓冲作用。生物还原氢的这种稳态调节功能类似于NO、CO等几种典型的治疗气体，而氢气生物安全性高，中毒效果不明显。这些结果表明，多功能的Pt-MOF@Au@QDs/PDA是一种极好的、有效的RA治疗策略。
从应用价值角度考虑，材料本身的使用安全性是一个最大的缺陷，氢气所以受到医学上的重视，根本原因在于氢气能产生作用，但另一个关键因素是氢气的巨大生物安全性，材料的引入本身会破坏这种安全性的优势，从这个角度来说，使用材料研究氢气的工作存在一定尴尬，当然应该鼓励这种研究，因为对于证明氢气效应提供了更多证据，且提出的各种材料方案，有一些可能具有应用价值，且解决了氢气输入困难的问题。类风湿人群可以通过吸氢机呼吸氢气以及饮用富氢水，实现改善类风湿所引起的炎症作用。