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氢医学领域取得一系列研究进展

 

上海交通大学氢科学中心在“氢能源、氢医学和氢农学”三个研究方向上携手并进、协同发展。氢气既是一种清洁绿色能源,又是一种被证实的、安全且有效的医用气体,在炎症相关疾病展现出明显的抗炎效应,还是一种清洁高效的农用气体,在农作物抗逆、增产、保鲜等方面具有显着的生物学效应。氢能源、氢医学和氢农学存在共性科学问题:氢分子的高效存储、安全递送、可控释放、有效利用。受到氢能源的启发,何前军(兼职)教授团队将氢能源和催化的手段运用在氢医学和氢农学,在2021年取得了一系列新进展。

首先,针对氢气可控释放难题,开发了一种Z型结构SnS1.68-WO2.41纳米催化剂和钾/碳共掺杂氮化碳催化剂(如图),实现了肿瘤内原位近红外光催化产氢以抑制癌细胞能量代谢,同时利用产生的空穴原位氧化肿瘤内过度表达的GSH以破坏肿瘤抗氧化防御系统,从而通过“氢气-空穴联合疗法”有效地捣毁了肿瘤微环境,达到了高效抗癌的作用。该研究率先提出了一种“氢气-空穴联合疗法”。不同于常规的气体前药担载策略,催化产气策略完全避免了在其它部位产生气体。相比于常规的光催化产氢材料,开发的近红外光催化产氢纳米材料不需要携带任何牺牲剂,能够源源不断地、可持续地、可控高效产氢。该工作发表在国际著名期刊《自然·通讯》和《先进材料》:Photocatalysis-mediated drug-free sustainable cancer therapy using nanocatalyst, Nature Communications, 2021, 12, 1345。

其次,针对氢气高效缓释难题,使用空心介孔二氧化硅纳米颗粒装载氨硼烷,构建了一种氢纳米胶囊,实现了氢的高效运载和酸控长效释放。将其以口服药物的形式运用在代谢紊乱中,发现氢纳米胶囊在肠胃道长效缓释的氢分子能够有效调节肠道菌群(如AKK菌群),从而通过“肠?肝轴”改善糖代谢和脂质代谢,有效改善了糖尿病、脂肪肝和肥胖(如下图)。将氢纳米缓释胶囊以肥料的形式运用在氢农学中,发现其通过渗透进入植物根系长效释放氢分子,诱导了植物侧根生长,并揭示了缓释氢分子通过调控一氧化氮来诱导侧根生长的机制(如下图)。该工作发表在国际著名期刊《生物材料》和《化学工程杂志》。




来源:上海交通大学