蒙脱石负载氧化铈纳米酶用于克罗恩肠炎治疗

doi:10.7503/cjcu20220476

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (12): 20220476.doi: 10.7503/cjcu20220476

蒙脱石负载氧化铈纳米酶用于克罗恩肠炎治疗

陈夕雯¹，程超群¹，程远¹，赵升¹，魏辉^1,2

^1.南京大学现代工程与应用科学学院，生物医学工程系，南京固体微结构国家实验室，江苏省人工功能材料重点实验室, 南京 210023
^2.南京大学化学化工学院，化学与生物医药创新研究院，生命科学分析化学国家重点实验室和配位化学国家重点实验室，南京 210023

收稿日期:2022-04-11 出版日期:2022-12-10 发布日期:2022-08-24
作者简介:第一联系人：共同第一作者.
基金资助:
国家重点研究发展计划项目(2019YFA0709200);国家自然科学基金(21874067);中国科学院跨学科创新团队(JCTD-2020-08);江苏高校优势学科建设工程资助项目;南京大学创新基金和中央高校基础研究基金(021314380195)

CeO₂@montmorillonite Nanozyme for Crohn’s Disease Therapy

CHEN Xiwen¹, CHENG Chaoqun¹, CHENG Yuan¹, ZHAO Sheng¹, WEI Hui¹^,²()

^1.Department of Biomedical Engineering，College of Engineering and Applied Sciences，Nanjing National Laboratory of Microstructures，Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials，Nanjing 210023
^2.State Key Laboratory of Analytical Chemistry for Life Science and State Key Laboratory of Coordination Chemistry，Chemistry and Biomedicine Innovation Center（ChemBIC），School of Chemistry and Chemical Engineering，Nanjing University，Nanjing 210023，China

Received:2022-04-11 Online:2022-12-10 Published:2022-08-24
Contact: WEI Hui E-mail:weihui@nju.edu.cn
Supported by:
the the National Key Research and Development Program of China(2019YFA0709200);the National Natural Science Foundation of China(21874067);the CAS Interdisciplinary Innovation Team(JCTD-2020-08);the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions(PAPD Program), China, the Innovation Foundation of Nanjing University, China and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(021314380195)

摘要/Abstract

摘要：

通过水热法合成由临床用药蒙脱石(Montmorillonite, MMT)负载的高效纳米酶氧化铈(Cerium dioxide, CeO₂)，通过开展体内外实验，拓展其在炎症性肠病治疗中的普适性. 结果显示， CeO₂@MMT具有良好的类超氧化物歧化酶活性及类过氧化氢酶活性，并且在小鼠克罗恩病的治疗中体现了明显的疗效及优异的生物安全性，为CeO₂@MMT的应用拓宽了方向.

关键词: 炎症性肠病, 克罗恩病, 氧化铈基纳米酶, 蒙脱石, 活性氧物种

Abstract:

Inflammatory bowel disease（IBD） is a chronic， nonspecific disease that is refractory and therefore affects the normal life of patients to a great extent. Although the global incidence of this disease is increasing year by year， ideal therapeutic drugs are still lacking in clinical practice. Inspired by the antioxidant activity of natural enzymes in organisms， the therapeutic strategies of natural enzymes for inflammatory diseases have come into view. However， natural enzymes have the limitations of poor stability and high cost. Here， we loaded cerium oxide on a montmoril- lonite surface to obtain CeO₂@montmorillonite（CeO₂@MMT） nanozyme and verified that it has an excellent curative effect and universality in the treatment of Crohn’s disease（CD） through in vitro and in vivo experiments. CeO₂@MMT showed good superoxide dismutase- and catalase-like activity in vitro. Its negative charges enable it to target the positively charged intestinal inflammatory site and exert an anti-inflammatory effect at the focus. Thus， it showed obvious curative effects and excellent biosafety in the treatment of CD in mice， which broadened the spectrum of the application of nanozymes.

Key words: Inflammatory bowel disease, Crohn’s disease, Cerium oxide-based nanozyme, Montmorillonite, Reactive oxygen species

中图分类号:

O643

TrendMD:

陈夕雯, 程超群, 程远, 赵升, 魏辉. 蒙脱石负载氧化铈纳米酶用于克罗恩肠炎治疗. 高等学校化学学报, 2022, 43(12): 20220476.

CHEN Xiwen, CHENG Chaoqun, CHENG Yuan, ZHAO Sheng, WEI Hui. CeO₂@montmorillonite Nanozyme for Crohn’s Disease Therapy. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220476.

图/表 11

Fig.1 Design and synthesis of CeO2@MMT nanozyme for the treatment of inflammatory bowel disease(IBD)

Fig.2 TEM images of CeO2(A, A′), MMT(B, B′) and CeO2@MMT(C, C′) with different magniflcations

Fig.3 SEM(A—C) and EDS(D—F) images of CeO2(A, D), MMT(B, E), and CeO2@MMT(C, F)

Fig.4 XRD patterns(A), zeta potentials(B) and XPS spectra(C, D) of CeO2,MMT and CeO2@MMT（B） Data are presented as mean±standard error of the mean（n=3）.

Fig.5 ROS scavenging activity of CeO2@MMT（A） CAT-like activity test. Typical kinetic curves of oxygen generation from the decomposition of H2O2 in the presence of indicated materials recorded every 30 s for 10 min. （B） SOD-like activity and •O2‒ scavenging rates of indicated materials. Data are presented as mean±standard error of the mean（n=4）.

Fig.6 Cell viability after incubation with indicated materials for 24 h(A) and ROS level of RAW264.7 macrophages pretreated with indicated materials under H2O2(100 μmol/L) stimulation(B)Data are presented as mean±standard error of the mean（n=5）. ****P < 0.0001 compared to the H2O2 group.

Fig.7 Schematic diagram of the TNBS⁃induced CD model in mice and CeO2@MMT treatment plan

Fig.8 Weight change and colon length statistics of different groups of mice（A） The curves of weight changes of mice in different treatment groups； statistics（B） and photos（C） of colon length of mice in different treatment groups on day 12. Data are presented as mean±standard error of the mean（n=5）. *P < 0.05 compared to the TNBS group.

Fig.9 Colon pathological sections(H&E staining) of different groups of mice on the 11th dayScale bar： 100 μm.

Fig.10 Local concentrations of the proinflammatory cytokines IL⁃1β(A) and TNF⁃α(B) in colon homogenate of different groups of mice on the 12th dayData are presented as mean±standard error of the mean（n = 5）. **** P < 0.0001 and ** P < 0.01， comparison between TNBS group and CeO2@MMT group.

Fig.11 Pathological sections(H&E staining) of the heart, liver, spleen, lung, and kidney of different groups of mice after 7 d(A) and 30 d(B) of administration

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