通过光诱导生物系统氧化还原失衡进行光催化治疗
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发布时间：2024-12-23
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文章标题：通过光诱导生物系统氧化还原失衡进行光催化治疗
内容：
Kun Zhou, Lili Du, Rui Ding, Letian Xu, Shuai Shi, Siyuan Wang, Zaiyu Wang, Guoqing Zhang, Gang He*, Zheng Zhao* & Ben Zhong Tang*.
Photocatalytic therapy via photoinduced redox imbalance in biological systems.
doi.org/10.1038/s41467-024-55060-w
全文速览：
在这项研究中，研究人员提出了一种光催化系统，在无氧条件下扰乱NADH/NAD+的平衡，实现光催化治疗厌氧菌感染的牙周炎。在光照射下，催化剂TBSMSPy+能够结合细菌DNA并通过多步电子转移过程引发自由基的产生。它催化NADH向NAD+的转化（转化频率高达60.7 min-1），抑制ATP合成，破坏DNA复制所需的能量供应，并成功地在无氧环境中完成光催化灭菌。催化剂参与氧化还原反应，干扰了照射下NADH/NAD+含量的平衡，因此研究人员将这一作用称为光诱导的氧化还原失衡。此外，在雄性大鼠的动物实验也验证了TBSMSPy+能够有效催化NADH氧化，抑制代谢并刺激成骨。该研究证实了光诱导氧化还原失衡的概念和光催化疗法的应用，进一步倡导了基于光诱导氧化还原失衡策略的无氧光疗催化剂的开发。
背景介绍：
细胞内存在众多氧化还原反应，营养物质通过这些反应转化为三磷酸腺苷（ATP），为细胞提供能量以维持正常代谢。氧化还原平衡在生命活动中扮演重要角色，通过人工干预这一平衡可以有效调节细胞代谢活性，进而用于治疗癌症和微生物感染。光动力疗法（PDT）通过破坏细胞氧化还原平衡来治疗疾病，光敏剂（PS）在氧气的作用下生成反应性氧种（ROS），从而导致细胞氧化损伤。然而，PDT在治疗厌氧菌感染时存在局限，因为其依赖氧气，而厌氧菌在缺氧环境中生存。此外，传统抗生素容易产生耐药性，导致高复发率。厌氧菌感染，如牙周炎，因口腔环境复杂而治疗困难，抗生素使用不当可能破坏口腔菌群平衡。为解决这一问题，研究者开始探索光热疗法（PTT）作为牙周炎的替代治疗，通过涂抹光热剂提高局部温度杀灭细菌而不伤害健康组织。尽管PDT在靶向细菌上显示出潜力，但其效果受到氧气不足的限制。通过体内氧化还原催化破坏厌氧菌的氧化还原平衡，抑制其正常代谢，可能成为克服传统PDT局限并治愈厌氧菌感染的新策略。
本文亮点：
光诱导氧化还原不平衡的创新策略：该研究提出了一种新颖的光催化系统，通过催化剂TBSMSPy+在无氧条件下扰乱NADH/NAD+平衡，进而实现光催化疗法治疗厌氧菌感染。这种方法通过抑制ATP合成、破坏DNA复制所需能量，并通过氧化还原反应干扰NADH/NAD+的平衡，从而有效抑制细菌生长。
无氧环境中的光催化灭菌应用：研究验证了TBSMSPy+催化剂在光照射下能够催化NADH氧化，成功实现无氧环境下的光催化灭菌。这为治疗厌氧菌感染提供了一个新思路，突破了传统光动力疗法对氧气依赖的限制，具有潜在的临床应用价值。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55060-w#citeas