Enzymodynamische Therapie im Nanomaßstab

Die enzyodynamische Therapie (EDT) ist eine neue Art dynamischer Therapiemodalität im Zusammenhang mit reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), die die durch Enzyme ausgelösten katalytischen Reaktionen in lebenden Organismen angemessen nutzt und eine Krankheitsbehandlung durch die Kontrolle der Erzeugung oder Eliminierung von ROS erreicht. ROS bezieht sich auf eine hochaktive chemische Substanz, die freie Sauerstoffradikale im Körper oder in der natürlichen Umgebung enthält. ROS in physiologischer Konzentration sind vorteilhaft für die Entwicklung lebender Organismen.

Eine übermäßige ROS-Produktion verursacht jedoch oxidative Schäden, die mit einer Vielzahl von Krankheiten verbunden sind, darunter bösartige Erkrankungen, Neurodegeneration, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Entzündungen usw.

Eine aktuelle Rezension, veröffentlicht in MedComm – Biomaterialien und Anwendungenwurde von Prof. Yu Chen entworfen und von seinem Postdoktoranden Dr. Zeyu Wang und Ph.D. geschrieben. Student Hui Huang (Materdicine Lab, School of Life Sciences, Shanghai University, Shanghai, China).

Eine Flut von Nanomaterialien mit einzigartigen ROS-regulierenden Eigenschaften wurde in verschiedenen biomedizinischen Bereichen umfassend eingesetzt. Unter ihnen verfügt eine Art Nanomaterial namens Nanozyme über die katalytischen Fähigkeiten von Enzymen, die auf äußere Erregung reagieren und dann interne biochemische Reaktionen im Gewebe auslösen können, um ROS zu produzieren oder zu verbrauchen.

Je nach Materialtyp werden Nanozyme hauptsächlich in die folgenden Kategorien eingeteilt, darunter Metall, Metalloxide, Metallsulfide, kohlenstoffbasierte Materialien, Verbundmaterialien und einige neue organische Nanosysteme.

Alternativ können sie basierend auf ihren intrinsischen katalytischen Typen in die spezifische Oxidoreduktase-Familie, Hydrolase-Familie, Lyase-Familie usw. unterteilt werden. Zeyu und Hui führten systematisch die Oxidoreduktasen ein, darunter Oxidase (OXD), Glucoseoxidase (GOD), Peroxidase (POD), Katalase (CAT), Superoxiddismutase (SOD) und Glutathionperoxidase (GPx)-ähnliche Nanozyme.

Das Wesen der Katalyse besteht darin, dass der Katalysator den Reaktionsweg ändert und die Reaktion auf einen Weg mit geringerer Aktivierungsenergie lenkt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Daher besteht das Hauptziel der Forschung zum katalytischen Mechanismus von Nanozymen darin, den Prozess der atomaren Umlagerung von Reaktanten auf der Oberfläche von Nanozymmaterialien aufzudecken, den Reaktionsweg und die Kinetik mit der niedrigsten Aktivierungsenergie zu identifizieren und die Gesetze ihrer chemischen Zusammensetzung festzulegen und Struktur, die die katalytische Effizienz beeinflusst, und bilden eine Grundlage für die Forschung und das Design von Nanozymen.

Auf dieser Grundlage überprüften Zeyu und Hui den wichtigsten katalytischen Mechanismus von Oxidoreduktasen, einschließlich POD, OXD, CAT und SOD. Sie listeten auch nahezu alle verfügbaren Faktoren zur Regulierung der Nanozymaktivität auf.

Da verschiedene Nanozyme unterschiedliche Eigenschaften für die ROS-Produktion oder -Clearance aufweisen, haben Zeyu und Hui umfassend die repräsentativen Strategien der EDT zur Behandlung verschiedener Arten von Krankheiten durch Regulierung des ROS-Spiegels zusammengefasst, darunter hauptsächlich ROS-produzierende Krankheiten wie Krebs, bakterielle Infektionen usw Krankheiten, die an der Abfangung von ROS beteiligt sind, einschließlich Entzündungen und Neurodegeneration.

Basierend auf einem gründlichen Verständnis und einer Zusammenfassung der Klassifizierung und des katalytischen Mechanismus von Nanozymen, der Regulierung der Nanozym-Aktivität sowie den Forschungsfortschritten der Nanozym-gestützten/erweiterten enzyodynamischen Therapie lieferten Zeyu und Hui auch neue Erkenntnisse über die Herausforderungen und Chancen, denen sich EDT gegenübersieht . Diese umfassende Übersicht ist für die Entwicklung EDT-basierter Therapiestrategien von Vorteil.