《AFM》：类抗氧化酶纳米生物催化剂保证干细胞和牙周组织安全

探索有效的类抗氧化剂活性氧纳米生物催化剂（ROBC）来对抗氧化应激相关疾病极具挑战性。针对这一问题，四川大学韩祥龙教授和程冲研究员报道了一种具有超快可逆氧化还原中心钌卟啉网络（Ru-Por-Net）的ROBC，可用于催化消除活性氧（ROS）。由于Ru-Por-Net基ROBC具有大的π共轭网络、Ru-N配位结构以及Ru原子位点独特的电子和氧化还原性质，因此具有优异的催化活性，优于报道的最先进的抗ROS。 生物催化剂效率甚至更高。细胞研究表明，ROBC可以有效保证干细胞在高ROS水平的微环境中的存活、粘附、扩散和分化。体内大鼠牙周炎治疗进一步证明了其优越的抗ROS治疗效果。这项研究提供了关于 Ru-N 配位卟啉网络在 ROS 催化清除中的关键功能的重要见解，并提供了一种设计用于干细胞治疗和炎症性疾病的高性能抗氧化酶纳米生物催化剂的方法。新策略。相关工作以“-Like with and Redox- to Stem Cells and”为题发表。

【文章要点】

1. ROBC

本研究提出 ROBC 具有分子明确的钌-卟啉网络 (Ru-Por-Net)，具有超快和可逆的氧化还原中心（图 1）。该设计具有三个方面的意义：1）设计具有低电负性和高金属态的Ru-N4/Ru-N2基原子催化位点，在超快活性氧催化中表现出丰富的电子和更多的能量。多个空轨道，在氧物质解离中表现出更好的可逆氧化还原性质，2）Ru-N配位衍生的Por-Net可以通过室温自组装程序轻松获得，并提供高度稳定的大π共轭体系，该体系包含丰富的周期性 Ru-N 位点； 3）Ru-Por-Net催化层可以涂覆在纳米模板上，例如纳米碳（NC）载体上，形成Ru-Por@NCs系统，具有超小尺寸、均匀的球形形态、更高的水稳定性、最大程度的暴露活性 Ru-N 位点和更好的生物催化电导率。

图1 ROBC设计

2.保护干细胞，治疗牙周炎

由于大的π共轭网络、Ru-N配位结构以及Ru原子位点独特的电子和氧化还原性质，基于Ru-Por-Net的抗氧化剂ROBC（Ru-Por/Net和Ru-Por@NC）具有H2O2， O2−、•OH 和DPPH• 表现出优异的催化活性氧清除活性。特别是对于 H2O2 的催化消除，Ru-Por@NC 显示出最佳的 Km (128.28 mM)、Vmax (21.69μm s−1) 和周转数 (TON) (12.68 s−1)。该研究还通过理论计算提出了一种新的亲核攻击途径来解释消除H2O2并产生氧气的机制，其中OO*过程的解吸被确定为原子Ru中心的速率决定步骤（图2）。系统细胞研究表明Ru-Por-Net和Ru-Por@NC可以有效挽救ROS微环境中干细胞的生物活性。大鼠体内牙周炎治疗进一步证明了基于 Ru-Por-Net 的 ROBC 具有优越的抗 ROS 治疗效果。

图2 解释ROS清除活性的理论计算

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