Enzyodynamische therapie op nanoschaal

Enzyodynamische therapie (EDT) is een nieuw type reactieve zuurstofspecies (ROS)-gerelateerde dynamische therapeutische modaliteit, die op adequate wijze gebruik maakt van de door enzymen veroorzaakte katalytische reacties in levende organismen en ziektebehandeling bereikt door het beheersen van de vorming of eliminatie van ROS. ROS verwijst naar een zeer actieve chemische stof die vrije zuurstofradicalen bevat in het lichaam of de natuurlijke omgeving. ROS bij fysiologische concentratie is gunstig voor de ontwikkeling van levende organismen.

Overmatige ROS-productie veroorzaakt echter oxidatieve schade, die verband houdt met een groot aantal ziekten, waaronder kwaadaardige ziekten, neurodegeneratie, hart- en vaatziekten, ontstekingen, enzovoort.

Een recente recensie, gepubliceerd in MedComm — Biomaterialen en toepassingen, is ontworpen door Prof. Yu Chen en geschreven door zijn postdoctoraal onderzoeker Dr. Zeyu Wang en Ph.D. student Hui Huang (Materdicine Lab, School of Life Sciences, Shanghai University, Shanghai, China).

Een golf van nanomaterialen met unieke ROS-regulerende eigenschappen is op grote schaal toegepast op verschillende biomedische gebieden. Onder hen beschikt een type nanomateriaal genaamd nanozyme over de katalytische eigenschappen van enzymen, die kunnen reageren op externe excitatie en vervolgens interne biochemische reacties in weefsel kunnen veroorzaken om ROS te produceren of te consumeren.

Volgens materiaaltypen worden nanozymen primair ingedeeld in de volgende verschillende categorieën, waaronder metaal, metaaloxiden, metaalsulfiden, op koolstof gebaseerde materialen, composietmaterialen en enkele opkomende organische nanosystemen.

Als alternatief kunnen ze worden onderverdeeld in de specifieke oxidoreductasefamilie, hydrolasefamilie, lyasefamilie, enzovoort, op basis van hun intrinsieke katalytische typen. Zeyu en Hui introduceerden systematisch de oxidoreductasen, waaronder oxidase (OXD), glucose-oxidase (GOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), superoxide-dismutase (SOD) en glutathionperoxidase (GPx) -achtige nanozymen.

De essentie van katalyse is dat de katalysator het reactiepad verandert en de reactie langs een pad met lagere activeringsenergie leidt om de reactiesnelheid te versnellen.

Daarom is het primaire doel van het onderzoek naar het katalytische mechanisme van nanozymen het onthullen van het proces van atomaire herschikking van reactanten op het oppervlak van nanozymmaterialen, het identificeren van de reactieroute en kinetiek met de laagste activeringsenergie, het vaststellen van de wetten van hun chemische samenstelling. en structuur die de katalytische efficiëntie beïnvloeden, en een basis vormen voor het onderzoek en ontwerp van nanozymen.

Op basis hiervan beoordeelden Zeyu en Hui het belangrijkste katalytische mechanisme van oxidoreductasen, waaronder POD, OXD, CAT en SOD. Ze vermeldden ook bijna alle beschikbare factoren voor de regulering van de nanozymactiviteit.

Omdat verschillende nanozymen verschillende kenmerken hebben voor de productie of klaring van ROS, hebben Zeyu en Hui de representatieve strategieën van EDT voor de behandeling van verschillende soorten ziekten uitgebreid samengevat door het ROS-niveau te reguleren, waaronder voornamelijk op ROS-producerende ziekten gebaseerde ziekten, zoals kanker, bacteriële infecties en andere ziekten. Ziekten waarbij ROS-opruiming betrokken is, waaronder ontstekingen en neurodegeneratie.

Gebaseerd op een grondig begrip en samenvatting van de classificatie en het katalytische mechanisme van nanozymen, regulatie van nanozymactiviteit en de voortgang van het onderzoek naar nanozyme-enabled/augmented enzydynamische therapie, hebben Zeyu en Hui ook nieuwe inzichten verschaft met betrekking tot de uitdagingen en kansen waarmee EDT wordt geconfronteerd. . Dit uitgebreide overzicht is gunstig voor de ontwikkeling van op EDT gebaseerde therapeutische strategieën.