近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院新材料研究院劉磊、馮永海團(tuán)隊(duì)在Science子刊《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)上在線發(fā)表研究論文“Nitrite reductase–mimicking catalysis temporally regulating nitric oxide concentration gradient adaptive for antibacterial therapy”。江蘇大學(xué)為第一完成單位，馮永海副研究員為第一作者，劉磊研究員為最后通訊作者，南京醫(yī)科大學(xué)附屬常州二院王亮亮博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院楊甜柯博士為共同通訊作者。
感染部位的細(xì)菌群落是由多種細(xì)菌和獨(dú)特的代謝微環(huán)境組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其特征包括局部溫度升高、高反應(yīng)性氧化物種（ROS）、特定酶類和營養(yǎng)缺乏。復(fù)雜的感染微環(huán)境（IME）通常需要復(fù)雜的抗菌材料設(shè)計(jì)，以適應(yīng)IME并增強(qiáng)抗菌治療。簡化設(shè)計(jì)同時(shí)提高IME適應(yīng)性仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。受亞硝酸鹽還原酶催化的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種智能銅亞硝酸鹽還原酶（CuNIR）模擬物，通過簡單的NO濃度梯度時(shí)間調(diào)控策略，同時(shí)高效殺菌并促進(jìn)組織修復(fù)。這種設(shè)計(jì)在初始催化階段產(chǎn)生高濃度的NO，確保其抗菌效果，同時(shí)在后期階段持續(xù)釋放低濃度的NO，有助于促進(jìn)組織修復(fù)。
在本研究中，團(tuán)隊(duì)通過生物礦化構(gòu)建了一種CuNIR模擬物（溶菌酶自組裝納米纖維/CuS納米雜化物，NFLA/CuS NHs），該模擬物能夠催化亞硝酸鹽生成NO，其中超小CuS納米顆粒作為活性中心，而NFLA作為具有輔因子作用的骨架。研究揭示了CuNIR模擬物增強(qiáng)的催化活性與其特定結(jié)構(gòu)之間的密切關(guān)系，NFLA表面暴露的超小CuS簇和Cu原子結(jié)構(gòu)以及NFLA在模仿CuNIR固有活性中的特定輔因子效應(yīng)（如對抗壞血酸的良好親和性）在速率決定步驟中的重要性。研究表明，以上兩個(gè)因素協(xié)同作用，共同增強(qiáng)了催化活性。
NFLA/CuS NHs動(dòng)態(tài)調(diào)控NO釋放策略適應(yīng)IME的抗菌治療。其固有的細(xì)菌結(jié)合能力、CuNIR模擬活性和近紅外響應(yīng)性，使NFLA/CuS NHs在初始催化階段（0.5小時(shí)）能夠在細(xì)菌周圍產(chǎn)生大量NO，這會導(dǎo)致細(xì)胞膜崩解和變形，同時(shí)引發(fā)包括氨基酸和蛋白質(zhì)合成損傷、毒素產(chǎn)生和細(xì)胞分裂在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)干擾，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡和抗菌耐藥性降低。隨后，通過NFLA/CuS NHs介導(dǎo)的亞硝酸鹽還原釋放的低濃度NO顯著促進(jìn)了細(xì)胞遷移和血管生成，同時(shí)抑制炎癥并促進(jìn)新生血管形成和膠原沉積。這種通過亞硝酸鹽還原酶模擬催化實(shí)現(xiàn)的NO濃度梯度時(shí)間調(diào)控最終有助于慢性感染傷口的修復(fù)。
該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。（材料學(xué)院）
文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp5935
