镁基固态储氢材料通过氢气抗癌症抗炎症的研究

2021-08-25 15:05:38 hxu67248621 2

  机制通常归因于氢气介导的高细胞毒性活性氧(ROS)的减少,包括过氧亚硝酸盐(ONOO -)和羟基自由基(•OH),而不干扰正常细胞[5]的信号传导。1975年氢气的抗肿瘤特性首次被报道,2007年氢气选择性抗氧化奠定了氢气医学基础,氢气作为一种新的治疗分子得到了广泛的研究。氢气分子诱导肿瘤细胞凋亡,从而抑制肿瘤的形成和生长。氢气还改善了光热治疗和化疗等常规肿瘤治疗的结果。临床上,氢气已用于改善IV期大肠癌[13]患者的预后。

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  常用给药途径有吸入氢气、注射富氢盐水、口服富氢水。不幸的是,这些氢气输送方法对肿瘤的治疗效果往往有限,因为在肿瘤周围的体液中实现氢气大量饱和是困难的。为了克服这一挑战,人们正在开发新的策略来获得局部饱和的氢气环境并提高肿瘤靶向的有效性,例如生成微气泡或使用铁(Fe)、钯氢化物(PdH0.2)和二硼化镁的纳米粒子作为氢气释放载体。然而,这些纳米颗粒往往具有不可降解性和细胞毒性,这会增加健康风险。临床应用需要一种更安全、更有效的氢气给药方法。

  镁作为一种可生物降解的金属,由于其相对较低的标准还原电位(−2.37VSHE)[21],在生理或缓冲条件下会自发降解为氢氧化镁并释放氢气。镁生物材料受控降解在动物和人类中是安全且耐受性良好的。镁生物材料的体内降解可以在植入物附近创造高达1.46 mM的气态富氢气环境,超过水中氢的饱和浓度(0.8 mM)。虽然应用镁产生过饱和氢气用于肿瘤和炎症治疗已有报道[[25],[26],[27]],但关于氢如何触发肿瘤细胞凋亡及其信号通路的机制尚不清楚。

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  在本研究中,我们报道了通过改变浸泡溶液的pH值和镁暴露在浸泡溶液中的比表面积来控制氢从可生物降解镁的释放。以结肠癌治疗模型为基础,研究不同水平氢气释放后HCT116细胞的凋亡率。通过检测活性氧清除和肿瘤抑制基因的表达,探讨不同氢气水平下的抗肿瘤作用机制。其抗肿瘤活性归因于肿瘤抑制蛋白P53的上调,导致线粒体膜损伤,然后激活自噬,抑制活性氧。结果表明,抑制肿瘤细胞凋亡的最低浓度为91.2 μL/d/mm3.这为抗肿瘤治疗的临床应用提供了初步指导。

  阅读文献和查阅文献是从事科研的最重要基本功,因为相关信息都能在文献中找到,氢气医学相对来说比较文献比较少,坏处是研究不够充分,好处是容易查找文献。找文献有一个比较重要的途径就是在阅读文献的时候注意参考文献。例如本文在前言中就引用了三篇金属镁抗癌研究文献,这对于有兴趣了解金属镁抗癌的信息及其重要,因为研究人员对这方面的信息有非常全面的了解,我们借用一下就可以节省大量精力。

  这里给介绍几篇金属镁治疗疾病的研究文献。

  M. Nan, C. Yangmei, Y. Bangcheng, Magnesium metal–a potential biomaterial with antibone cancer properties, J. Biomed. Mater. Res. A 102 (8) (2014) 2644–2651.

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  这是2014年四川大学杨帮成教授团队的一篇研究,研究论文是基于金属镁在体释放氢气抗氧化产生抗骨癌症效应。

  活性氧在许多严重疾病的发病机制中起着重要作用,包括骨癌。有研究表明氢是一种选择性抗氧化剂,能有效清除自由基。用于骨癌手术修复骨缺损的生物医学镁由于降解而释放氢气,因此镁可能通过氢气具有预防骨癌转移和复发的潜力。本研究采用碱热处理方法对金属镁表面结构进行修饰,以控制金属镁的降解和氢气的释放速率。然后将释放氢气引入芬顿反应体系中,检测其清除自由基的作用。以改性后的金属镁作为骨癌细胞培养底物,研究其释放氢气对细胞清除自由基的影响。结果表明,镁降解过程中释放的氢气对Fenton反应体系和骨癌细胞中的自由基均有清除作用。清除自由基的效果与氢的释放速率成正比。这表明镁可能是一种具有抗骨癌特性的潜在材料。生物医用金属镁对骨癌患者修复骨缺损、防止骨癌转移和复发具有重要意义。

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  Y.M. Chen, M. Xiao, H. Zhao, B.C. Yang, On the antitumor properties of biomedical magnesium metal, J. Mater. Chem. B 3 (5) (2015) 849–858.

  这是2015年四川大学杨帮成教授团队的一篇研究,研究论文是基于金属镁在体释放氢气抗氧化产生抗癌症效应。

  W. L. Wan, Y.J. Lin, P.C. Shih, Y.R. Bow, Q. Cui, Y. Chang, W.T. Chia, H.W. Sung, An InSitu depot for continuous evolution of gaseous H(2) mediated by a magnesium passivation/activation cycle for treating osteoarthritis, Angew Chem. Int. Ed. Engl. 57 (31) (2018) 9875–9879.

  这是来自台湾学者的研究,观察了金属镁释放氢气对骨关节炎治疗的效果。这一研究对应于某些骨降解镁材料,有利于这种医疗材料的临床应用和推广。

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