納米酶是一類具有類酶特性的新興的納米材料，作為天然酶的替代品，具有成本低、穩(wěn)定性好、易于儲(chǔ)存等巨大優(yōu)勢，并已成功地在各種應(yīng)用中，如生物傳感、診斷、疾病治療等。作為國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）公布的2022年十大化學(xué)新興技術(shù)之一，納米酶的研究在全球范圍內(nèi)獲得了廣泛關(guān)注。
納米酶應(yīng)用于醫(yī)療器械的優(yōu)勢主要包括以下幾點(diǎn)：（1）高效性：納米酶具有更高的催化活性和穩(wěn)定性，能夠更有效地降解生物分子，提高醫(yī)療器械的治療效果；（2）精準(zhǔn)性：納米酶能夠具有更精準(zhǔn)的靶向性，能夠針對特定的生物分子進(jìn)行催化反應(yīng)，減少對健康組織的損害；（3）可控性：納米酶的活性和反應(yīng)速率可以通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件進(jìn)行控制，可以根據(jù)需要調(diào)整其活性和穩(wěn)定性；（4）生物相容性：納米酶具有良好的生物相容性，不會(huì)引起免疫反應(yīng)和毒副作用，適合用于醫(yī)療器械；（5）可持續(xù)性：納米酶具有較長的使用壽命，可以多次重復(fù)使用，降低醫(yī)療器械的成本。總的來說，納米酶在醫(yī)療器械上的應(yīng)用具有更高效、更精準(zhǔn)、更可控、更生物相容和更可持續(xù)的優(yōu)勢，有望為醫(yī)療器械的研發(fā)和應(yīng)用帶來革命性的變革。
成果一：納米酶增強(qiáng)水凝膠涂層用于預(yù)防導(dǎo)尿管相關(guān)尿路感染
導(dǎo)管相關(guān)性尿路感染（CAUTI）是由導(dǎo)管插入后細(xì)菌侵入尿路組織引起的，占全球醫(yī)院獲得性感染的近40%。由于長時(shí)間導(dǎo)管在體內(nèi)放置，會(huì)促進(jìn)細(xì)菌增殖，形成生物膜感染。針對獨(dú)特尿路微環(huán)境，對CAUTI的治療需要考慮抗菌、抗菌膜和抗炎等多方面因素。臨床上預(yù)防導(dǎo)管感染的措施包括選擇合適的導(dǎo)管材料、定期更換導(dǎo)管和在留置期間使用抗生素。銀以其對細(xì)菌的選擇性毒性和對人類的低毒性而聞名，已廣泛應(yīng)用于各種抗菌產(chǎn)品，醫(yī)用抗菌導(dǎo)管中使用銀已被證明可有效預(yù)防尿路感染，但它們?nèi)狈寡坠δ埽⑶铱咕途眯暂^差，不足以有效緩解由CAUTI誘導(dǎo)的尿路相關(guān)炎癥。
針對以上挑戰(zhàn)，材料學(xué)院朱之靈副教授在《Nano Today》（IF=17.4）上發(fā)表了題為“Nanozyme-reinforced hydrogel coatings for prevention of catheter-associated urinary tract infection”的研究。該研究通過制備超低載量的金/鐵共摻雜的銀過氧化物納米酶增強(qiáng)水凝膠涂層，并對商品化的硅膠導(dǎo)尿管進(jìn)行簡單且具有低成本的化學(xué)工藝改性，賦予其類過氧化物酶和類過氧化氫酶活性。經(jīng)過水凝膠涂覆的導(dǎo)尿管表現(xiàn)出針對獨(dú)特尿路微環(huán)境的抗菌、抗生物膜和抗炎特性（圖1）。此外，水凝膠涂層還增強(qiáng)了導(dǎo)尿管的親水性，從而提高患者使用的舒適度。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了改性的導(dǎo)尿管在抑制細(xì)菌增殖、減少生物膜形成、增強(qiáng)氧氣供應(yīng)和調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答方面的功效。由此，這項(xiàng)研究不僅提出了一種預(yù)防和治療導(dǎo)尿管相關(guān)尿路感染替代策略，而且還提供了一種有前途的療法，通過利用多酶活性納米酶來解決CAUTI治療多方面的需求。
圖1.用于CAUTI治療的納米酶增強(qiáng)導(dǎo)尿管的制備及其作用機(jī)制示意圖
(文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102271）
論文第一作者是青島科技大學(xué)碩士研究生商利敏和于懿鑫，通訊作者為青島科技大學(xué)朱之靈副教授。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金支持。
成果二：納米酶眼用微針用于治療角膜炎
感染性角膜炎是一種進(jìn)展迅速的侵襲性角膜疾病。其發(fā)病機(jī)制包括細(xì)菌性角膜炎和真菌性角膜炎，每年造成數(shù)百萬人失明，近幾十年來全球發(fā)病率不斷上升。革蘭氏陽性細(xì)菌（如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）、酵母樣真菌（如念珠菌）和絲狀真菌（如鐮刀菌和曲霉菌）是引起角膜炎的最常見病原體。臨床治療包括局部使用抗生素和角膜內(nèi)注射抗生素，通常是通過眼藥水或眼藥膏。然而，由于眼部屏障的存在，局部給藥的生物利用度低于5%。因此，治療方案需要高劑量或頻繁的局部給藥，使患者面臨耐藥性和副作用的風(fēng)險(xiǎn)。然而，使用穿透表面屏障（角膜和鞏膜）的皮下注射針進(jìn)行眼內(nèi)注射，患者會(huì)感到不適，需要頻繁就診，并有感染、出血和潛在永久性損傷的風(fēng)險(xiǎn)，因此依從性較差。因此，迫切需要開發(fā)局部、持久、有效且方便患者的治療策略來治療感染性角膜炎。
近日，青島科技大學(xué)朱之靈副教授、隋凝副教授在《Small》期刊（IF=13.3）上發(fā)表了題為“Multienzyme-like Nanozyme Encapsulated Ocular Microneedles for Keratitis Treatment”的研究論文。該研究報(bào)道了一種氧化錳納米簇修飾的石墨二炔納米片（MnOx/GDY），并將其負(fù)載到透明質(zhì)酸和聚甲基丙烯酸甲酯基眼用微針（MGMN）。MGMN不僅因其多酶活性（包括類氧化酶、類過氧化物酶、類過氧化氫酶和類超氧化物歧化酶）而表現(xiàn)出抗菌和抗炎作用，而且還能通過微針系統(tǒng)穿過眼屏障并顯示出高的生物利用度（圖2）。此外，在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中，MGMN均被證明能消除病原體、防止生物膜形成、減輕炎癥、緩解眼部缺氧、促進(jìn)角膜上皮損傷的修復(fù)。并且，與商用伏立康唑眼藥相比，具有更好的治療效果，無明顯的微生物耐藥性和細(xì)胞毒性。因此，本研究表明，基于多酶活性納米酶的眼科微針是治療感染性角膜炎的一種有效、方便患者且安全的策略。
圖2.裝載多酶活性納米酶的眼用微針用于治療傳染性角膜炎的治療原理圖
（文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202308403）
論文第一作者是青島科技大學(xué)碩士研究生劉珅，通訊作者為青島科技大學(xué)朱之靈副教授、隋凝副教授。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金支持。
