复旦大学ACS Nano报道：锚定在红细胞上的超分子猎手通过分子识别高效捕捉毒素分子

【背景介绍】

迅速降低有毒物质的体内水平仍是当前对中毒患者救治的首选策略。当前应用最普遍的清除毒物策略是通过吸附材料（如活性炭等）进行吸附。这种吸附作用是被动、无选择性的，对某些特定毒素的清除缺乏针对性。例如，百草枯中毒的靶器官主要为肺，其次是肾。根据百草枯毒代动力学分析，服用百草枯后，毒素会迅速分布于消化道和肌肉内，并在长时间内持续通过血液向肺与肾蓄积；在此过程中血液中毒素浓度却长时间维持在较低水平，因此临床上常用的针对血液的短期、被动净化技术，只能从体内清除有限部分的毒素。在当前被动吸附策略指导下（血液灌流或血液透析），急性百草枯中毒的死亡率仍高达50%。因此，亟待需要在了解毒素构性的基础上，发展一种按需设计、精准、主动、长效的解毒策略。

【成果简介】

基于此，复旦大学药学院的孙涛副教授、蒋晨教授和复旦大学附属闵行医院急诊科的孙克玉教授（共同通讯作者）联合报道了一种积极、精准的按需定制型解毒策略。在准确理解目标毒素分子构性和毒代动力学的基础上，通过精巧的分子设计，构筑了一种可锚定在红细胞（RBC）上的超分子猎手，以主动、持续、精准地追踪血液中的毒素分子。在此构建体中，研究人员合成了一种Janus树状两亲（JDA）性大分子，以便容易锚固在RBC膜上，同时桥接负载能够精确识别百草枯的解毒剂WP6。根据体外和体内实验结果表明，通过客体交换反应，该系统具有有效的捕捉毒性分子和中和毒性的能力。为设计高效解毒系统提供了不同的思路。研究成果以题为“Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition”发布在国际著名期刊ACS Nano上。

【图文解读】

图一、驻留在RBC上用于解毒血液中百草枯的超分子猎手的示意图

图二、分子识别研究
（A）随WP6的添加百草枯或吡啶鎓的1H NMR光谱变化；

（B）在WP6存在下，百草枯溶液（aq）的连续颜色梯度变化；

（C）Job’s连续变化法检测复杂的化学计量以及UV双倒数法计算溶液中WP6/客体的络合常数；

（D）添加WP6后，水中百草枯的连续荧光猝灭现象。

图三、将WP6负载到RBC的策略
（A）通过小泡细胞相互作用负载WP6的策略示意图；

（B）粒径大小分布图；

（C）Zeta电位图；

（D）由JDA或WP6@JDA组装而形成的囊泡丁达尔现象；

（E）不同工程化策略的WP6负载效率；

（F） 分子分散态WP6@JDA和预组装型的WP6@JDA囊泡的WP6负载效率随时间的变化；

（G）预组装型负载效率与加入WP6量之间的关系。

图四、工程设计的红细胞特性
（A-B）通过IVIS注射DIR@RBC、IR780@RBC或仅IR780的大鼠的血样的荧光半定量结果和对应图像；

（C）掺杂JDA类似物DID探针标定的RBC；

（D）通过“标记重捕法”观察用DIR@RBC注射48 h后大鼠的血样；

（E）在DVIS@RBC、IR780@RBC或仅在IVIS下观察到的IR780注射后，在不同间隔大鼠的主要脏器及血液的离体荧光情况。

图五、评估降低的ROS毒性
（A）水溶液中百草枯、百草枯@WP6的循环伏安曲线；

（B-C）在百草枯或百草枯@WP6存在下，细胞的存活率和ROS水平；

（D-E）百草枯中毒后，用WP6或WP6@JDA处理1 h和12 h的细胞存活率；

（F-H）通过流式细胞术评估测试细胞的ROS水平。

图六、评估体内和体外清除百草枯的效果
（A）使用透析袋在PBS=7.4中进行百草枯清除动力学研究；

（B）在中毒大鼠上进行单一治疗后，血浆中残留百草枯随时间的浓度曲线；

（C）中毒大鼠在不同处理下后第7天血液中残留的百草枯浓度，以研究在早期介入或晚期治疗时百草枯的清除效果；

（D）在中毒大鼠身上测试清除剂后，不同注射频率下百草枯的残留浓度；

（E）在中毒大鼠上通过不同治疗或注射量测试的WP6血药浓度；（F-G）通过肺和肾中百草枯的含量，评估不同的治疗策略；

（H）WP6@JDA@RBC可能的百草枯清除机制。

图七、不同治疗方法对肺保护的研究
（A-B）经过不同处理后从中毒大鼠中分离出的肺部图像和肺W/D比；

（C）在饱和咔唑酸中用Sirius Red染色的肺部胶原蛋白纤维染色；

（D-E）典型的纤维化迹象包括玻璃样异常密度和在小动物CT上检测到的肺有效体积。

图八、评估治疗效果
（A）该工作中毒和早期/晚期救治策略；

（B, D）大鼠的存活率和体重变化曲线；

（C, E-H）中毒后第6天后各组的行为学表现，包括在露天测试中的（C）总移动时间、（E）面部整理次数、（F）站立次数、（G）越格次数和（H）移动距离。

【总结】

综上所述，不同于与传统的被动解毒方法，在本文里作者提出了一种积极、定制型、准确的解毒策略，可在体内长效、主动捕获有害物质。为了清除目标毒素，作者开发了一种可锚定在RBC上的超分子猎手作为清道夫。该定做型解毒剂在体外和体内均表现出优异的毒素捕获能力，并可实现良好的肺和肾脏的保护。作者同时表示，中毒早期介入、施以主动长效的解毒策略，在临床上有较大的转化潜力。

文献链接：Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition（ACS Nano, 2020, DOI: 10.1021/acsnano.0c01119）

通讯作者简介

本文通讯作者为复旦大学药学院蒋晨教授团队：

蒋晨教授：杰青，目前担任复旦大学药学院药剂学系（国家重点学科）主任、智能化递药教育部重点实验室主任。研究方向主要集中在脑靶向、肿瘤靶向等药物递送系统的设计、构建和评价的基础应用研究。

孙涛副教授：复旦大学引进人才，上海市扬帆计划人才。研究方向为利用分子设计构建功能型药物递送系统，采用刺激敏感型动态键，对话于疾病微环境，实现药物高效负载与智能释放。

复旦大学药学院蒋晨团队成立于2003年，现任课题组负责人为蒋晨教授。目前，课题组有教授一名，副教授一名；在读博士研究生八名，硕士研究生两名。 课题组的研究方向主要集中在脑靶向、肿瘤靶向等药物递送系统的设计、构建和评价的基础应用研究，包括：①靶向功能分子（小分子化合物、多肽）的设计、合成、筛选；②功能高分子材料的设计、合成、筛选；③靶向药物递送系统的构建、表征；④ 基于前药的药物递释系统。通过新型靶向功能分子的优选和优良载药系统的应用，构建了一系列新型、高效的脑靶向递药系统，在以上工作的基础上，提高了小分子药物、基因等大分子药物的靶向递送效率和组织选择性，开展了对神经退行性疾病、中枢感染等脑部疾病，肝、脑部等肿瘤的靶向治疗和诊断研究。主持国家杰出青年基金1项，自然科学基金 4 项、国家863项目 1 项；参加国家重大科学研究计划 2 项，并作为主要学术骨干参加国家重大新药创制计划的“新制剂与新释药系统技术平台”建设项目。近五年已发表高质量SCI论文多篇，包括J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., ACS Nano, Biomaterials, J. Control. Release, Chem. Commun., Small等。

优秀研究成果部分展示：

1. Li C, Xie Z, Chen Q, Zhang Y, Chu Y, Guo Q, Zhou W, Zhang Y, Liu P, Chen H, Jiang C*, Sun K*, Sun T*. Supramolecular Hunter Stationed on Red Blood Cells for Detoxification Based on Specific Molecular Recognition, ACS Nano. 2020. DOI: 10.1021/acsnano.0c01119

2. Sun T, Zhang GP, Guo ZY, Chen QJ, Zhang YJ, Chu YC, Guo Q, Chao Li, Zhou WX, Zhang YW, Liu PX,Chen HY, Yu HJ, Jiang LP, Jiang C, Co-delivery of Cu(I) chelator and chemotherapeutics as a new strategy for tumor theranostic, Journal of Controlled Release, Volume 321,2020, 483-496,

3. Guo Q, He X, Li C, He Y, Peng Y, Zhang Y, Lu Y, Chen X, Zhang Y, Chen Q, Sun T, Jiang C*. Dandelion‐Like Tailorable Nanoparticles for Tumor Microenvironment Modulation，Advanced Science, 2019, 1901430.

4. Sun T, Zhang GP, Wang QB, Guo ZY, Chen QJ, Chen XL, Lu YF, Zhang Y, Zhang Y, Guo Q, Gao X, Cheng YZ, Chen Jiang*. Pre-blocked molecular shuttle as an in-situ real-time theranostics, Biomaterials,2019,204, 46-58,

5. Liu LS, Chen QJ, Ruan CH, Chen XL, He X, Zhang Y, Zhang YJ, Lu YF, Guo Q, Zhou WX, Li C, Sun T, Jiang C*. Nano-engineered lymphocytes for alleviating suppressive tumor immune microenvironment, Applied Materials Today, 2019, 273-279

6. Zhang Y, Zhang YJ, Guo Q, Guo ZY, Chen XL, Liu LS, Li C, Chen QJ, He X, Lu YF, Sun T, Huang YZ, and Jiang C*. Trained Macrophage Bioreactor for Penetrating Delivery of Fused Antitumor Protein. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, 11 (26), 23018-23025

7. Chen XL，Zhou WX, Chen QJ, Sun T, Lu YF, Zhang YJ, Guo Q, Li C, Zhang Y, Liang C, Shi S, Yu XJ, Jiang C*. Codelivery Nanosystem Targeting the Deep Microenvironment of Pancreatic Cancer. Nanoletter, 2019, 9b00374

8. Lu YF, Li C, Chen QJ, Liu PX, Guo Q, Zhang Y, Chen XL, Zhang YJ, Zhou WX, Liang DH, Zhang YW, S Bun T, Lu WG*, Jiang C*. Microthrombus‐Targeting Micelles for Neurovascular Remodeling and Enhanced Microcirculatory Perfusion in Acute Ischemic Stroke. Advanced Materials, 2019, 1808361

更详细情况，请浏览团队主页：http://smartdds.fudan.edu.cn/jiangchen/Index.aspx

复旦大学附属闵行医院孙克玉主任医师：

复旦大学附属闵行医院急诊科主任，复旦大学硕士研究生导师，上海市医学重点专科学科带头人，闵行区领军人才。现任上海市医学会急诊医学分会委员，上海市医师协会急诊科医师分会委员，上海是中西医结合学会急救医学分会委员，中国老年保健协会第一目击者现场救护专业委员会委员。从事急诊临床工作近20年，在急诊危重病领域有较深的造诣，擅长各种急危重病人监测和抢救，多脏器功能维护，严重脓毒症、严重多发伤救治，心肺脑复苏，急性中毒与重症感染治疗，机械通气技术、急性肺栓塞的抢救等。

本文由CQR编译。

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