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煙臺大學(xué)/濰坊中醫(yī)藥產(chǎn)研院陳大全教授團(tuán)隊 JCR: 仿生活性氧/氮納米清除劑抑制“鐵死亡風(fēng)暴”調(diào)節(jié)免疫靶向急性腎損傷
2025-01-10  來源:高分子科技

  順鉑(Cis)是治療各種惡性腫瘤最有效的化療藥物之一,然而其嚴(yán)重的副作用限制了其應(yīng)用,即使是單劑量的順鉑也能夠引起急性腎損傷,這是因為腎臟在順鉑排泄過程中會產(chǎn)生活性氧/氮物質(zhì)(RONS)損害腎細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。腎臟排泄受損會進(jìn)一步加劇毒素積累,使腎臟損傷永久化,并形成威脅癌癥患者生命的惡性循環(huán)。當(dāng)順鉑在體內(nèi)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷時,導(dǎo)致大量 RONS 積累,進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡,RONS 的增加強(qiáng)烈促進(jìn)了脂質(zhì)過氧化物的積累,從而導(dǎo)致“鐵死亡風(fēng)暴”。到達(dá)腎臟的全身給藥治療藥物可以迅速清除,從而縮短腎臟暴露時間,這可能不足以達(dá)到治療效果。因此,開發(fā)針對腎臟的藥物遞送系統(tǒng)去除AKI期間過量產(chǎn)生的RON并恢復(fù)腎氧化還原穩(wěn)態(tài)對于減少腎損傷、炎癥和抑制鐵死亡至關(guān)重要,從而提高腎臟疾病藥物的治療指數(shù)和安全性至關(guān)重要。


  近日,煙臺大學(xué)/濰坊中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院陳大全教授團(tuán)隊基于細(xì)胞膜包被的仿生納米載體的優(yōu)勢,開發(fā)了一種用于AKI治療的多功能仿生納米遞送系統(tǒng)納米RONS清除劑。Ferrostatin-1Fer-1)通過4-羧基苯硼酸(4-PBA)和巖藻多糖(Fuc)與姜黃素(Cur)組裝,構(gòu)建ROS響應(yīng)納米遞送系統(tǒng)(FPPF@Cur),進(jìn)一步涂覆M2巨噬細(xì)胞膜(M2M)形成多功能仿生納米RONS清除劑(M2FPPF@Cur),設(shè)計用于將Cur靶向遞送到受傷的腎臟。


  相關(guān)成果以“Biomimetic Reactive Oxygen/ Nitrogen nanoscavengers inhibit ferroptosis storm” and modulate immune targeting for acute kidney injury”為題發(fā)表在藥劑學(xué)著名期刊《Journal of Controlled Release》(1區(qū)TOP期刊,IF=10.5)上,碩士研究生曹玉昕劉曉偉為論文的共同第一作者,陳大全教授為論文的通訊作者。相關(guān)工作得到了山東省泰山學(xué)者計劃、山東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究等項目的支持。


M2FPPF@Cur治療急性腎損傷示意圖


  ROS反應(yīng)機(jī)制促進(jìn)了AKI部位的藥物受控釋放,有效清除RONS,減少脂質(zhì)過氧化,靶向GPX4 蛋白抑制“鐵死亡風(fēng)暴”。通過抑制炎癥相關(guān)NF-κB/NLRP3信號通路蛋白的表達(dá),調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞從M1表型到M2表型的復(fù)極化以調(diào)節(jié)炎癥。M2FPPF@Cur特異性地積聚在受傷的腎臟中,并發(fā)揮良好的腎臟保護(hù)作用,最終阻止AKI的進(jìn)展。


 1.M2FPPF@Cur的制備和表征。(a)FPPF@Cur M2FPPF@Cur的尺寸分布和(b)DLS確定的zeta電位。(c)FPPFCMC特性。(d)FPPF@CurM2FPPF@Cur的代表性TEM 圖像,比例尺 = 100 nm(e)巨噬細(xì)胞、M2MM2FPPF@Cur中特異性蛋白條帶(CD47和整合素α4/β1)的蛋白質(zhì)印跡分析。(f)72 小時內(nèi)M2FPPF@Cur粒徑和PDI 的變化。(g) M2FPPF@FDA50μM H2O2孵育不同持續(xù)時間后的熒光。(hM2FPPF@Cur?NO清除能力。(i)(j)通過 DPPHABTS測定測量的M2FPPF@Cur的自由基清除能力。(k)在不同H2O2濃度(0 mM0.5 mM 和 1 mM下 FPPF@CurCur累積釋放量。使用單因素方差分析(n = 3)計算統(tǒng)計顯著性。值: **P < 0.01***P < 0.001


  使用芘熒光法計算FPPF溶液中的臨界膠束濃度為 0.035 mg/mL(圖 1c)。動態(tài)光散射(DLS)分析顯示,FPPF@Cur的平均粒徑為183.64±1.7 nmzeta電位為-17.34±0.5 mV。透射電子顯微鏡(TEM)顯示均勻的球形。M2M涂層后,所得M2FPPF@Cur的流體動力學(xué)尺寸從183.64 nm增加到203.87nm,由于 M2M 表面的負(fù)zeta電位更強(qiáng),其zeta電位的負(fù)性小于FPPF@CurTEM 圖像清楚地顯示納米顆粒表面有膜涂層,根據(jù) TEM 圖像中的比例尺,測量的 M2 涂層厚度約為15-25 nm。相比之下,DLS 測量的粒徑從183.64 nm增加到約203.87 nm,增加了約20.23 nm,這與 TEM 測量的范圍非常一致,證實了 M2FPPF@Cur 的成功制備(圖1a和 d)。通過 Western blotting分析M2FPPF@Cur上的特異性蛋白質(zhì)標(biāo)志物,證明了M2MFPPF@Cur的有效包被形成M2FPPF@Cur。此外,M2FPPF@CurROS響應(yīng)和穩(wěn)定性使M2FPPF@Cur能夠靶向 AKI 損傷部位并釋放藥物以獲得治療效果。通過DPPH ABTS測定M2FPPF@Cur的自由基清除能力和總抗氧化能力,證明其具有廣譜 RONS 清除特性。


2.M2FPPF@Cur減少細(xì)胞質(zhì)不穩(wěn)定的鐵并調(diào)節(jié)GPX4以抑制HK-2細(xì)胞中的鐵死亡。(a)(b)FerroOrange染色的 HK-2 細(xì)胞的圖像和定量。比例尺 = 100 μm(c)使用鐵檢測試劑盒檢測 HK-2 細(xì)胞中的鐵含量。(d)使用GSH檢測試劑盒測量 HK-2 細(xì)胞中的GSH 水平。(e)(f)MBB染色的HK-2細(xì)胞的圖像和定量。比例尺 = 100μm(g)(h)HK-2細(xì)胞中GPX4的免疫熒光圖像和定量。比例尺=100μm(i)(j)(k)Nrf2GPX4 蛋白表達(dá)的蛋白質(zhì)印跡分析和定量。通過單因素方差分析計算統(tǒng)計顯著性(n = 3)值:*P < 0.05**P < 0.01***P < 0.001****P < 0.0001


  細(xì)胞鐵死亡的一個重要原因是鐵沉積,鐵水平與鐵死亡過程中的脂質(zhì)過氧化高度相關(guān)。使用特異性標(biāo)記不穩(wěn)定鐵的FerroOrange熒光探針和細(xì)胞內(nèi)鐵離子檢測試劑盒,觀察到順鉑處理增加了游離Fe2?的水平。然而,在用Fer-1修飾的M2FPPF@Cur納米藥物系統(tǒng)處理后,Fe2?水平降低。其中,FPPF 治療可有效降低Fe2?水平,因此,Fer-1作為在納米載體上修飾的鐵死亡抑制劑,用于共同遞送藥物以抑制鐵死亡是必要的(圖2abc)。使用單溴雙環(huán)氧乙烷 (MBB) 染色和GSH檢測試劑盒評估了GSH水平。順鉑治療導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi) GSH 顯著降低,這被M2FPPF@Cur治療逆轉(zhuǎn) (圖2def)。GPX4 是去除脂質(zhì)過氧化物的關(guān)鍵蛋白,是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。順鉑顯著下調(diào)GPX4 活性,促進(jìn)鐵死亡,而M2FPPF@Cur處理將GPX4 活性恢復(fù)到接近正常的水平,從而抵消鐵死亡(圖 4gh)。Nrf2也是鐵死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,Western blot分析顯示,M2FPPF@Cur恢復(fù)了 GPX4 蛋白表達(dá)并顯著激活了Nrf2表達(dá),從而調(diào)節(jié)鐵死亡(圖2ijk)。這些結(jié)果表明,M2FPPF@Cur 通過減輕鐵死亡來有效防止 Cis 誘導(dǎo)的 HK-2 細(xì)胞損傷。


3.M2FPPF@Cur 在體外調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化和 NF-κB 通路。(a)(b)活化的巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞遷移的代表性圖像和定量分析。比例尺 = 100 μm(c)(d)與各種處理共培養(yǎng)的 RAW264.7 細(xì)胞中 CD86 和 CD206 的免疫熒光染色。比例尺 = 100 μm(e)細(xì)胞上清液中的 TNF-α 水平(f)細(xì)胞上清液中的 IL-10 水平。(G-J) CurFPPF@Cur 和 M2FPPF@Cur 處理的 LPS 活化的 RAW264.7 細(xì)胞中的 IκBp65p-IκB 和 p-p65 蛋白進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡分析。通過單因素方差分析計算統(tǒng)計顯著性 (n = 3)值:*P < 0.05**P < 0.01***P < 0.001****P < 0.0001


  巨噬細(xì)胞在炎癥性疾病中起著至關(guān)重要的作用,這些細(xì)胞的浸潤是急性腎損傷(AKI)的一個突出特征。已知活化巨噬細(xì)胞的積累會加劇組織炎癥。因此評估了M2FPPF@Cur減少活化巨噬細(xì)胞募集和減輕組織炎癥的潛力。LPS刺激的巨噬細(xì)胞釋放化學(xué)引誘劑,誘導(dǎo)趨化性并導(dǎo)致巨噬細(xì)胞從上側(cè)向下側(cè)大量募集。然而,M2FPPF@Cur顯著減少了活化巨噬細(xì)胞的遷移,表明其能夠抑制巨噬細(xì)胞募集和減少炎癥(圖3ab)。因此,M2FPPF@Cur通過阻斷LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞遷移表現(xiàn)出抗炎特性。M2FPPF@Cur的清除能力可能促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2 表型極化并減少M1巨噬細(xì)胞極化。CD86CD206分別是M1M2巨噬細(xì)胞的表面標(biāo)志物。用M2FPPF@Cur處理巨噬細(xì)胞顯著降低CD86表達(dá),同時增加 CD206表達(dá)(圖3cd)。細(xì)胞培養(yǎng)上清液的ELISA分析表明,M2FPPF@Cur有效抑制了促炎因子TNF-α的分泌,并上調(diào)了抗炎因子IL-10的分泌(圖3ef)。因此,這些體外實驗證實M2FPPF@Cur抑制巨噬細(xì)胞向M1表型的極化并促進(jìn)向M2表型的極化,顯示出顯著的抗炎作用。通過Western blot分析檢查了不同處理對NF-κB通路中IκBp-IκBp65p-p65水平的影響,M2FPPF@Curp-IκBp-p65蛋白減少,而IκBp65的總表達(dá)保持不變(圖3g-j)。表明M2FPPF@Cur抑制NF-κB通路并減緩炎癥性疾病的進(jìn)展。


4.M2FPPF@Cur抑制NLRP3炎性小體激活(a)NLRP3Caspase-1p20的免疫染色圖像。比例尺= 100 μm(b)(c)(d)NLRP3和 Caspase-1p20的蛋白質(zhì)印跡分析和定量。(e)RAW264.7 細(xì)胞中IL-1βIL-18的免疫熒光圖像。比例尺= 100μm(f)細(xì)胞上清液中的IL-1β水平。(g)細(xì)胞上清液中的IL-18 水平。使用單因素方差分析(n=3)計算統(tǒng)計顯著性。值:*P < 0.05**P < 0.01***P < 0.001****P < 0.0001


  在炎癥反應(yīng)期間,NLRP3炎性小體被激活。在腎臟中,巨噬細(xì)胞包含NLRP3炎性小體的完整成分,包括NLRP3ASCpro-caspase-1NLRP3炎性小體的激活觸發(fā)caspase-1的激活,導(dǎo)致成熟的促炎細(xì)胞因子IL-1βIL-18 的釋放。這個過程會誘發(fā)細(xì)胞焦亡,從而導(dǎo)致腎臟炎癥、細(xì)胞死亡和腎功能受損。免疫染色和 Western blot 分析顯示,LPS刺激顯著激活NLRP3炎性小體,表達(dá)水平增加證明了這一點(diǎn)。用 M2FPPF@Cur處理幾乎消除了NLRP3在細(xì)胞質(zhì)中的積累。NLRP3炎性小體的組裝使caspase-1被蛋白水解裂解成活性 caspase-1p20,然后使炎性細(xì)胞因子IL-1βIL-18從其前體pro-IL-1βpro-IL-18中成熟。免疫染色和Western blot 分析表明,M2FPPF@Cur抑制caspase-1向活性caspase-1p20 的轉(zhuǎn)化(圖4a-d)。此外,細(xì)胞上清液的 ELISA分析表明,IL-1β和 IL-18 LPS誘導(dǎo)后顯著表達(dá),但在M2FPPF@Cur 處理后它們的水平顯著降低(圖4fg)。IL-1βIL-18的免疫熒光染色證實了這些發(fā)現(xiàn)(圖4e)。


5.M2FPPF@Cur的體內(nèi)生物分布和治療效果。(a)AKI模型中的M2FPPF @ Cur生物分布(b)顯示腎切片的代表性H&E染色。比例尺= 100μm(c)顯示用 TUNEL(綠色)和DAPI(藍(lán)色)染色的代表性腎切片的共聚焦圖像。比例尺= 100μm(d)顯示用DHA(紅色)和DAPI(藍(lán)色)染色的代表性腎切片的共聚焦圖像。比例尺= 100μm(e)顯示小鼠腎組織中Kim-1的免疫組織化學(xué)染色。比例尺= 50μm(f)(g)(h)目前對小鼠腎組織中BaxBcl-2Kim-1進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡分析。(i)指示小鼠血清中的Kim-1水平。(j)顯示小鼠血清中的BUN水平。(k)顯示小鼠血清中的Scr水平。使用單因素方差分析(n = 3)計算統(tǒng)計顯著性。值:*P < 0.05**P < 0.01***P < 0.001****P < 0.0001


  治療藥物在腎臟中的靶向積累是成功治療的先決條件,由于M2M封裝,M2FPPF@Dir能夠更有效地靶向AKI中發(fā)炎的腎臟區(qū)域。通過HE染色檢查了其對順鉑誘導(dǎo)的AKI腎組織病理的影響。AKI組表現(xiàn)為嚴(yán)重的腎組織損傷,伴有廣泛的腎小管上皮變性。M2FPPF@Cur干預(yù)后,腎組織損傷得到改善。進(jìn)一步探索了M2FPPF@Cur在體內(nèi)的抗氧化能力。M2FPPF@Cur抑制了AKI小鼠腎臟中ROS的產(chǎn)生,表明它可能具有對抗腎臟氧化損傷的抗氧化潛力(圖5d)。為了評估 M2FPPF@Cur 對腎損傷的影響,通過免疫組化、ELISA 和蛋白質(zhì)印跡評估了Kim-1 在腎組織中的沉積,結(jié)果表明M2FPPF@Cur 可有效抑制細(xì)胞凋亡并保護(hù)腎組織免受損傷。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.01.006

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