Small:氮掺杂碳化聚合物点靶向清除和检测阿尔茨海默β淀粉样蛋白

阿尔兹海默症(Alzheimer’s Disease, AD)是一种不可逆的慢性神经退行性疾病,可导致进行性记忆减退、认知障碍、性格改变等。到2016年为止,在全世界范围内有4700万人患有AD,超过了西班牙人口的总数,是中国人口的3.4 %。预计到2050年该数字将达到1.5亿人。AD同时也带来巨大的社会经济负担,预计在2050年时对于全世界范围内AD的花费将高达9万亿美元以上。AD的病理学特征是在患者神经细胞外的淀粉样β蛋白(Amyloid β-protein, Aβ)聚集沉积和神经细胞胞内神经纤维缠结。Aβ是由淀粉样前体蛋白通过β和γ分泌酶的裂解形成的产物。从可溶性单体到有毒的Aβ低聚物和原纤维的Aβ的原纤维形成被认为是与神经元突触功能障碍,神经元死亡和神经系统紊乱直接相关。因此,清除和检测淀粉样蛋白聚集体对AD的治疗和诊断至关重要。

天津大学化工学院孙彦教授及其研究团队在清除和检测淀粉样β蛋白聚集体方面的研究取得了重要进展。他们发现利用水热法合成的一种5 nm碳点——氮掺杂碳化聚合物点(Nitrogen-doped Carbonized Polymer Dots, CPDs)具有红色荧光,强力抑制Aβ聚集,快速解聚成熟的Aβ纤维,实现Aβ斑块的实时荧光检测。研究结果表明,100 μg/mL CPDs能够抑制74%的Aβ纤维的形成。CPDs能从数秒到数分钟内快速破坏Aβ纤维,100 μg/mL CPDs在4 h内能够解聚90%以上的Aβ纤维。CPDs可在体外和体内标记Aβ聚集斑块。与此同时,CPDs能清除转基因秀丽隐杆线虫CL2006体内淀粉样斑块并且延长其寿命6天。详细的机理分析表明,CPD中带正电荷的氨基与Aβ中带负电的残基之间以及CPD的共轭π系统与Aβ的疏水核心之间的多重相互作用是抑制Aβ聚集和快速清除Aβ聚集斑块的主要因素。

该研究在AD治疗和诊断方面展示出了令人振奋的前景,为碳纳米材料在诊断治疗中的发展提供了新的视角。相关工作以“Nitrogen-Doped Carbonized Polymer Dots: A Potent Scavenger and Detector Targeting Alzheimer’s β-Amyloid Plaques”为题,发表于Small (DOI:10.1002/smll.202002804)。