含硒纳米复合薄膜:过量活性氧物种的有效清除

活性氧物种(Reactive Oxygen Species, ROS)包括氧自由基、过氧化氢、过氧负离子和超氧负离子等,它们对生物体的作用自20世纪50年代起就被广泛的研究。随着技术的发展和研究的深入,人们逐步发现了ROS在生物体中的作用,它在细胞和生物体中的重要性也体现出来。ROS会在细胞的正常代谢中产生,对细胞的生存具有重要作用,但ROS浓度过高会导致细胞的凋亡,对生物体造成一定程度的危害,研究也表明ROS是引起生物体衰老的原因之一,因此对ROS浓度的调节具有重要的意义。清华大学许华平等针对此问题,结合其组内工作进行了研究,制备出了可用于清除过量活性氧的含硒纳米复合薄膜

硒元素是人体必需的微量元素之一,具有抗氧化、抗肿瘤的效果。含硒化合物良好的氧化还原特性使其在响应性高分子和药物运输中具有一定的作用。同样基于含硒化合物可在温和条件下被氧化的特性,他们将含硒化合物与活性氧物种ROS的清除结合到了一起。该工作中,他们设计合成了含硒嵌段共聚物Ad-PEG-PUSeSe-PEG-Ad,它的两端是修饰为金刚烷的亲水聚氧乙烯(PEG)链段,中间是疏水的含双硒聚氨酯(PUSeSe)链段,该聚合物在水溶液中可以自组装成胶束。通过金刚烷与β-环糊精的主客体相互作用,Ad-PEG-PUSeSe-PEG-Ad胶束与β-环糊精修饰的四氧化三铁纳米粒子可在基底上进行交替沉积得到含硒纳米复合薄膜。由于双硒键能够被不同种类的ROS氧化,通过还原ROS实现清除作用。组装成纳米复合薄膜既可以使体系比溶液相更容易使用和分离,还可以提高双硒键的密度,增强清除ROS的敏感性和清除量。在该工作中,作者们使用过氧化氢和氧自由基作为ROS模型化合物检测了该薄膜清除ROS的情况。通过对清除过氧化氢的研究,他们发现在高浓度过氧化氢(0.1 %及1 % v/v)存在下,薄膜可以明显的清除过氧化氢,而在较低浓度过氧化氢(0.001 %及0.01 % v/v)中,一定时间内薄膜也可以起到清除作用。在正常生理条件所对应的过氧化氢浓度(0.0003 % v/v)下薄膜也不会解离。此外作者们还通过直接检测溶液中自由基型ROS浓度表明了薄膜清除自由基型ROS的能力。他们在用于电子顺磁共振(ESR)测试的毛细管内组装了不同生长程度的含硒纳米复合薄膜,向其中加入二氧化钛水溶液,紫外光照下检测所产生的自由基型ROS信号强度。实验结果表明氧自由基的ESR信号随着毛细管内薄膜的生长程度增加而逐步降低,即该薄膜也可以清除自由基型的ROS。

该工作中的含硒纳米复合薄膜可以清除不同类型的ROS,为含硒化合物的应用提供了一种新的可能,并且也为ROS的清除提供了新的方法。通常炎症部位具有较高浓度的活性氧,该工作也为炎症的治疗提供了可能的途径。