文献解读：超声触发Ce-MOF纳米酶的有效溶栓治疗

研究背景：

1、心脑血管疾病危害大。心脑血管疾病是世界范围内的主要死亡原因之一。导致这些疾病的主要因素之一是血管内血栓形成，可阻断血流，导致心肌梗死、缺血性脑卒中等疾病。

2、针对于血栓的现有治疗手段有限。目前对血栓形成的治疗包括药物治疗、手术治疗、中医疗法和饮食调节等。但其仍存在不足，如：手术治疗时间窗短、风险大和价格高。药物治疗半衰期短、稳定性差等。

3、血栓形成后血管内微环境复杂。血栓的形成和溶解可引发炎症损伤，产生大量的活性氧（ROS），可显著提高整体氧化应激水平，介导炎症细胞因子的内皮细胞表达，促进血小板-内皮细胞的相互作用和血管闭塞，进一步恶化血管状况，增加血栓性并发症的风险。

基于这一启发，近日，来自上海交通大学医学院团队在《Advanced Science》上发表了一篇题为“Ultrasound Trigger Ce-Based MOF Nanoenzyme For Efficient Thrombolytic Therapy”的文章，提出了一种骨髓间充质干细胞膜包裹Ce-MOF纳米酶并结合超声治疗血栓。铈是一种具有多价的过渡金属元素。Ce（III）和Ce（IV）氧化还原对的可逆转化可以用来在生理条件下选择性地清除ROS，模拟内源性酶的催化活性，同时又规避了内源性酶存在的不足。金属有机框架（MOFs）是一种多孔材料，由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键相互连接形成。具有高比表面积、可调的孔径。构建Ce-MOFs纳米酶（Ce-UiO-66）作为微反应器的通道，可进一步提高其清除ROS的能力。

Ce-UiO-CM的合成及其在超声溶栓治疗中的应用

在此，文章开发了一种用于血栓治疗的骨髓间充质干细胞膜包裹Ce-MOF纳米酶。铈是一种具有多价的过渡金属元素，Ce（III）和Ce（IV）氧化还原对的可逆转化具有超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，在生理条件下选择性地清除ROS。金属-有机框架（MOFs）及其衍生物因其具有明确的配位网络、介孔结构和可调的孔径分布，产生电子空穴，其孔隙通道可以作为微反应器，进一步提高其对ROS的清除能力。涂覆低免疫原性的骨髓间充质干细胞膜，实现对血栓部位的高靶向性。骨髓间充质干细胞可以聚集在炎症部位，通过细胞-细胞相互作用和趋化因子，通过细胞膜上的靶生物分子识别靶细胞。MSC细胞膜上的CD18蛋白可以特异性地结合细胞间粘附分子-1（ICAM-1），它在血栓形成区域的血管内皮上过表达。因此，MSC膜包被的MOFs可以作为高效的纳米酶，可以主动有效地靶向血栓形成位点。结合光声成像技术，通过与过氧化氢发生反应有效地提高了血栓形成部位血氧饱和度。将CeUiO-CM与外部超声刺激联合进行股动脉溶栓治疗，在体内和体外均观察到良好的溶栓效果。

Ce-UiO-66的表征。A)模拟的Ce-UiO-66和合成的Ce-UiO-66的x射线衍射（XRD）图谱。B)Ce-UiO-66的扫描电镜（SEM）图像。C)Ce-UiO-66的透射电镜（TEM）图像。D)Ce-UiO-66的傅里叶变换红外光谱（FTIR）光谱。E)Ce-UiO-66的N2吸附等温线。F)采用DFT方法计算了Ce-UiO-66相应的孔径分布。G)Ce-UiO-66的XPS光谱。H)Ce-UiO-66放大的Ce 3d XPS谱。I)Ce-UiO-66放大的O 1s XPS光谱。

Ce-UiO-CM的表征。A)Ce-UiO-CM的SEM图像。B)采用DLS分析法测定Ce-UiO-CM和CeUiO-66的尺寸分布。C)Ce-UiO-CM、CM和Ce-UiO-66的表面电荷用zeta电荷来测量。D)在水溶液中通过Ce-UiO-CM催化产生的O2。E)流式细胞术检测10%胎牛血清（FBS）处理后Ce-UiO-CM上CD44和CD 45的表达。F)蛋白印迹分析Ce-UiO-66 (I)、CM（II）、Ce-UiO-CM（III）和Ce-UiO-CM（IV)用10%胎牛血清处理24h（IV）上的CD18蛋白。

在体外评价Ce-UiO-CM、Ce-UiO-66和超声治疗的凝块溶出效率、CAT活性和细胞毒性。A)生理盐水(I)、Ce-UiO-66（II）、Ce-UiO-CM（III）、US（IV）、Ce-UiO-66+US(V)和Ce-UiO-CM+US（VI）治疗后0和0.5小时的血凝块制剂的代表性图像。B)不同处理组的体外定量血栓溶出效率。C)不同处理组在处理30 min后在540 nm处的吸光度。D)Ce-UiO-CM在H2O2刺激的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中对ROS的去除能力。E)不同声强超声对HUVECs的细胞毒性。F)不同浓度的Ce-UiO-CM对有无超声治疗的HUVECs的细胞毒性。

大鼠股动脉血栓模型及Ce-UiO-CM体内血栓靶向性的建立。A)采用氯化铁损伤法建立大鼠股动脉血栓形成模型。B)通过多普勒超声血流成像显示的大鼠股动脉血栓形成模型中血栓形成前后的血流变化。血栓模型和正常动物血管的C) H&E染色图像。

Ce-UiO-CM体内产氧能力和溶栓效果的评价。A)Ce-UiO-CM给药后，栓塞部位的光声信号，指示血氧饱和度水平。B)不同治疗组股动脉闭塞区血流的变化。C)不同治疗组股动脉的代表性组织学图像。D)经尾静脉注射Ce-UiO-CM后，栓塞部位的血氧饱和度水平。E)不同治疗组的多普勒血流成像显示的股动脉区血流的变化。F)各治疗组股动脉的量化血栓面积。

结论：本研究报道了一种基于包裹在间充质干细胞膜上的铈基MOF（Ce-UiO-66）的股动脉溶栓治疗的新策略。骨髓间充质干细胞以其低免疫原性和炎症靶向能力而闻名，其细胞膜可以增强Ce-UiO-66向血栓形成部位的传递。在Ce-UiO-CM中存在丰富的Ce（III）/Ce（IV）偶联位点，使其类似CAT-like通过与过氧化氢反应来清除ROS和产生氧的活性。Ce-UiO-CM的多介孔结构允许产生作为微反应器的电子孔，从而进一步增强其清除ROS的活性，从而有效地提高血栓形成部位的血氧饱和度。Ce-UiO-66的多孔结构和产氧能力可以放大外部超声刺激的空化效应，实现体内外有效溶栓。