Probiyotiklerin metabolizmasını ve işlevini düzenlemek için nanozimlerin eklenmesi

Büyüleyici doğal sistemler, çeşitli kullanımlara sahip fonksiyonel malzemelerin yaratılmasında dikkate değer atılımlara yol açtı. Özellikle nanozimler, enzimler ve nanoteknolojinin ideal bir evliliğidir. Nanozimler, doğal enzimlerden daha iyi stabilite, çok sayıda aktivite ve daha düşük maliyet gösteren nanomalzemelere dayalı yapay enzimlerdir. 2007’de içsel yaban turpu peroksidaz (HRP) benzeri aktiviteye sahip ferromanyetik nanoparçacıkların bulunmasından bu yana, takip eden on yılda nanozimler üzerine büyük araştırmalar sürekli olarak ortaya çıkmaktadır. Yalnızca ROS üreten peroksidaz (POD), oksidaz (OXD) ve haloperoksidaz (HPO) enzimlerini değil, aynı zamanda süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ve glutatyon peroksidazın (GPx) antioksidan enzimlerini de taklit edebilirler. . Bu nedenle, vücudun doğal redoks homeostazına müdahale edebilirler ve bir dizi hastalık için potansiyel terapötikler olarak hizmet edebilirler.

2017 yılında doktoraya başladım. Çin Bilimler Akademisi Changchun Uygulamalı Kimya Enstitüsü’nde, biyo-uygulamalar için yeni nesil nanozimler oluşturmak üzere Prof. Jinsong Ren ve Prof. Xiaogang Qu ile birlikte çalışıyor. Hem Prof. Ren hem de Prof. Qu bilgili ve kibar. Bana yavaş yavaş öğrettiler ve beni büyüleyici nanozimler alanına götürdüler. Projeme başladığımda, nanozimlerin katalitik aktivitelerinin enzimlerden çok daha düşük olduğunu ve her zaman tatmin edici olmayan sonuçlara yol açtığını öğrendim. Bu nedenle, daha iyi terapötik sonuçlar elde etmek için geleneksel nanozimlerin katalitik aktivitesini geliştirmeye çalışıyorum. Pürüzlülükle geliştirilmiş bakteriyel yapışma ve kusurla geliştirilmiş katalitik aktivite konseptinden esinlenerek, bakterileri yakalayabilen ve kusur bakımından zengin yapışkan nanozimler ürettim. yerinde Pürüzsüz nanozimlerin aksine bakterileri öldürmek için muazzam miktarlarda oldukça toksik ROS üretir (Şekil 1). Yoğunlaştırılmış antibakteriyel performans, bozulmamış nanozimlere kıyasla daha yüksek içsel POD benzeri aktiviteye neden olan, kusur bakımından zengin kenarlardan elde edildi. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları ayrıca, yüksek katalitik performansın muhtemelen H’nin daha düşük adsorpsiyon enerjilerinden kaynaklandığını ortaya çıkardı.2Ö2 ve OH*’nin desorpsiyon enerjilerinin yanı sıra tüm reaksiyon için daha büyük ekzotermik süreç.

Şekil 1 (a) Kusur açısından zengin, yapışkan nanozimlerin tek adımlı oluşumu ve (b) bunların gelişmiş bakteri yakalama ve yok etme için kullanımları. https://doi.org/10.1002/ange.201908289

Umut verici olmasına rağmen, nanozimlerin katalitik aktivitesi hala tatmin edici olmaktan daha azdır. Daha sonra, atomik dispersiyon formundaki oldukça aktif metal bölgeleri nedeniyle çeşitli katalitik reaksiyonlarda olağanüstü performans sergileyen tek atomlu katalizörlerin (SAC’ler) yükselişiyle, SAC nanozimleri (SAzimler) oluşturmaya çalıştım. Bu nedenle, atomik olarak dağılmış koordineli olarak doymamış aktif Co-porfirin merkezleri ile öne çıkan Co/PMCS’nin SAzimleri, geleneksel nanozimleri alt ederek sepsisi hafifletmek için çok sayıda RONS’u hızla yok edecek şekilde üretildi (Şekil 2). Spesifik olarak Co/PMCS, ·OH ve H’yi ortadan kaldırabilir2Ö2 ·OH’yi kaldırırken SOD, CAT ve GPx’i taklit ederek aracılığıyla nanozimlerden belirgin şekilde daha yüksek aktiviteye sahip oksidatif indirgeme döngüsü. Aynı zamanda, bir nitrosil-metal kompleksinin oluşumu yoluyla ·NO’yu da temizleyebilir. Sonuç olarak Co/PMCS, proinflamatuar sitokin düzeylerini düşürdü, organları hasardan korudu ve enfekte sepsis farelerine göre belirgin bir hayatta kalma avantajı sağladı. Cesaret verici bir şekilde, SAC’lerin ortaya çıkışı, nanozimlerin katalitik performansını büyük ölçüde iyileştirdi ve terapötik potansiyellerini artırdı. Bundan sonra, kanserleri veya bakterileri tedavi etmek için farklı metal elementlerle çeşitli SAzimler üretmek için muazzam çabalar harcandı.

Şekil 2 (a) Co/PMCS oluşumunun gösterimi ve (b) bunların sepsis yönetimi için nanozimleri yenen multi-antioksidan SAzimler olarak kullanımları. https://doi.org/10.1002/anie.201912182

2019’da doktora derecemi aldıktan sonra, hücrelerde doğuştan gelen doğal enzim sistemini taklit edebildikleri için oldukça aktif SAzimlerin mikrobiyal metabolizmayı ve işlevi düzenleyip düzenleyemeyeceğini düşünmeye başladım. Singapur Ulusal Üniversitesi’nden Prof. Xiaoyuan Chen ve Zhejiang Üniversitesi’nden Prof. Zhengwei Mao’nun gözetiminde, antienflamatuvar bir yapay enzim kollu probiyotik yaratmayı önerdim ve bunun bağırsak iltihabı ve mikrobiyota disbiyozu üzerindeki terapötik etkilerini araştırdım. Doktora sonrası dönemde bana çok fazla yardım ve ilham verdikleri için kendimi şanslı hissediyorum. Prof. Chen bana her zaman gerçek uygulamalar için basit ama etkili bir şey üzerinde çalışmamı söyledi ve temel konuları öğrenmek için endüstriyel insanlarla probiyotiklerin uygulamaları hakkında iletişim kurmam için beni teşvik etti. Bu arada, ne zaman yardıma ihtiyacım olsa, özellikle fare ve köpek modellerini kurma sürecinde ilk öne çıkan Prof. Mao oldu. Chen’in ve Mao’nun gruplarının desteğinin yanı sıra, bu fikir başlangıçta UC Berkeley’de Prof. Peidong Yang’ın “fotosentetik biyomelezler” hakkındaki olağanüstü çalışmalarından ilham aldı. Doktora sırasında “Güneşten kimyasala üretim için fotosentetik olmayan bakterilerin kendi kendine fotosensitizasyonu” (DOI: 10.1126/science.aad3317) makalelerini ilk okuduğumda. dönem, nanomalzemelerin bakteriyel CO’yu iyileştirebileceği konusunda çok heyecanlandım2 enerji alanında sabitleme. O zamandan beri, nanozimlerin biyouygulamalar için kimyasal düzenleme yoluyla bakteri fonksiyonunu geliştirip geliştiremeyeceğini hep merak etmişimdir. Mikroorganizmalar hakkında daha fazla bilgi edindikten sonra, çoğu probiyotiğin, CAT ve SOD gibi antioksidan enzimlerin eksikliğinden dolayı anaerobik olduğunu fark ettim, bu da bir O’da aşırı duyarlılığa yol açar.2 atmosfer veya oksidatif mikro ortam, böylece probiyotik fonksiyonlarını azaltır. Özellikle enflamatuar barsak hastalığının (IBD) tedavisinde, probiyotikler genellikle mikrobiyota disbiyozunu düzenlemek için yardımcı maddeler olarak kullanılırken, anti-enflamatuar ilaçlar öncelikle iltihabı yönetir. Terapi sırasında, düşmanca iltihaplı bağırsaklar probiyotiklere zarar verir, fonksiyonlarını azaltır ve hatta ölümlerine neden olur. Antioksidan nanozimler, kesinlikle anaerobik probiyotiklerin eksikliklerinin üstesinden gelmek için umut verici bir aday olabilir mi?

Şekil 3 (a) BL@B-SA’nın yapay enzimlerle donatılmış probiyotiklerinin üretimi50 ve (b) BL@B-SA’nın çoklu antioksidan performansı50. https://www.nature.com/articles/s41565-023-01346-x

Nanozimlerdeki uzmanlığıma dayanarak, oldukça aktif antioksidan SAzimleri ürettim ve bunları probiyotiklere ekledim. aracılığıyla esnek bir tıklama reaksiyonu, sonunda anti-inflamatuar BL@B-SA elde edilir50 topluluk (Şek.3). B-SA’nın SAzimleri, O2’yi temizlemek için SOD ve CAT’in antioksidan enzimlerini taklit edebilir.2·- ve H2Ö2ve bu arada ·OH’yi ortadan kaldırmak için antioksidan biyomoleküller olarak işlev görür, enflamatuar semptomları sağlam ve hızlı bir şekilde giderir ve böylece ticari probiyotikleri düşmanca stres etkenlerinden korur. Ayrıca, mevcut IBD standart uygulamalarında, metabolik instabilite ve klinik ilaçların sınırlı hedeflenmesi tatmin edici olmayan terapötik sonuçlara yol açar. Bunu ele almak için SAzimler, zayıf gastrointestinal ortamda stabildir ve klinik ilaçların yerini alma sözü verir. Ayrıca, anti-inflamatuar SAzymes bileşenlerinin hedeflenme ve kalma sürelerini iyileştirmek için probiyotiği seçtik. Bifidobacterium Longum (BL), sadece konakçıya bir sağlık yararı sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda probiyotikler arasında üstün bağırsak kolonizasyon kabiliyetine sahip olup hastalık bölgesinde SAzimlerin kalıcı antioksidan tedavisini garanti eder. Son olarak, BL@B-SA’nın SAzymes-silahlı probiyotikleri50 ülseratif kolit (UC) ve Crohn hastalığı (CD) fare modellerinde ROS seviyelerini azalttı, proinflamatuar sitokin üretimini inhibe etti, bağırsak bariyer fonksiyonlarını eski haline getirdi ve bağırsak mikrobiyotasının zenginliğini ve çeşitliliğini arttırdı. En önemlisi, BL@B-SA’nın klinik çevrilebilirliğini göstermek için50kolit ile tehdit edilen av köpeklerinde terapötik potansiyelleri de gösterildi.

Son olarak, bu projeyi başarılı bir şekilde sona erdiren ortak çabayı vurgulamak istiyorum. Yolculuk boyunca bize yardımcı olan tüm insanlara teşekkür ediyorum ve bu fırsatı, yeni biyomimetik katalitik nanomateryalleri keşfetmek ve bunları çeşitli mikroorganizmaların metabolizmasını ve işlevini düzenlemek için kullanmak üzere güçlerini birleştirmeleri ve uzmanlıkları birleştirmeleri için topluluğa bir çağrı yapmak için kullanıyoruz.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir