水凝胶——生物活性ZnMn@SF水凝胶通过放大巨噬细胞中金属调节蛋白促进脊髓损伤修复

脊髓损伤（SCI）后，巨噬细胞迅速激活并向M1表型极化，抑制M1样巨噬细胞已成为一种有前景的SCI治疗方法。金属调节蛋白能够高亲和力和特异性地感知特定金属离子，在免疫调节中发挥关键作用。在此，我们筛选了与金属调节蛋白相关的各种生物活性金属离子，发现Zn2+和Mn2+能有效抑制M1极化。基于这些发现，我们开发了由Zn2+与Mn2+配位自组装形成的弱碱性ZnMn基层状双氢氧化物（ZnMn-LDHs）来抑制M1样巨噬细胞。ZnMn-LDHs有效中和酸性环境并促进金属调节蛋白的表达，包括金属硫蛋白（MT）、超氧化物歧化酶1（SOD1）和超氧化物歧化酶2（SOD2），从而产生强大的M1样巨噬细胞抑制作用。更重要的是，巨噬细胞在ZnMn-LDHs调节后释放的神经生长因子（NGF）促进了雪旺细胞的延伸和铺展。通过将ZnMn-LDHs与丝素蛋白（SF）整合，构建了用于SCI修复的ZnMn@SF注射型水凝胶。体内动物模型进一步揭示了ZnMn@SF水凝胶在治疗SCI时的优异抗炎效果，促进了功能恢复。我们的研究结果强调了金属离子调节的金属调节蛋白在抑制M1样巨噬细胞中的重要性，为SCI治疗提供了一种有前景的治疗策略。

创新点：

1. 首次发现并证实了Zn2+和Mn2+离子在调控巨噬细胞极化中的协同作用机制。

2. 创新性地开发了具有多重功能的ZnMn-LDHs材料系统，实现了对免疫微环境的精准调控。

3. 建立了基于金属调节蛋白的新型治疗策略，为脊髓损伤治疗提供了新思路。

科研工作启发：

1. 在材料设计过程中，应充分考虑生物学机制，实现材料功能与生物效应的协同。

2. 科研工作要注重多学科交叉，将材料科学、免疫学和神经科学等领域知识有机结合。

3. 在治疗策略开发中，应关注微环境调控的整体性和系统性。

思路延伸：

1. 材料设计方向：探索新型金属基材料的设计策略，研究多重离子协同作用，开发智能响应系统。

2. 机制研究方向：深入研究金属离子与细胞信号通路的相互作用，探索免疫调节的分子机制。

3. 临床转化方向：开展系统性临床前研究，评估生物安全性，优化给药方案。

4. 应用拓展方向：将技术应用于其他神经系统疾病，研究不同类型损伤的治疗策略。

5. 智能化发展：开发智能控制释放系统，实现微环境动态调控，建立实时监测平台。

6. 产业化推进：优化规模化生产工艺，建立质量控制体系，降低生产成本。

7. 组织工程应用：研究与干细胞治疗的结合，探索神经再生新策略，促进功能重建。

8. 诊疗一体化：开发集诊断和治疗为一体的智能系统，实现精准治疗。

来源：

ACS Nano
Pub Date  : 2024-11-23
DOI : 10.1021/acsnano.4c12236

Xiaoliang Cui, Cheng Huang, Yechen Huang, Yuxuan Zhang, Jie Wu, Gang Wang, Xiao-Zhong Zhou, Jun Zhang, Li Wang, Liang Cheng, Ke-Qin Zhang