药品还原型谷胱甘肽

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导读 细胞中的氧化还原平衡，是指氧化性物种和还原性物种之间的动态平衡，在大多数生理过程中发挥着至关重要的作用，尤其是细胞凋亡(名词解释)过程。通过提高肿瘤微环境 (名词解释)中活性氧（ROS）的浓度，打破氧化还原稳态，是介导癌细胞死亡，进而达到肿瘤治疗目的的有效手段。目前，基于纳米酶(名词解释)催化的一些新型化学动力治疗、光动力治疗方法被用于肿瘤治疗领域，旨在达到肿瘤细胞中原位催化产生ROS的效果。但是，大多数对于上述治疗的机理研究仍然只停留于纳米酶级联催化反应的结果，无法做到对整个治疗过程的监测。表面增强拉曼光谱（SERS）(名词解释)作为一种快速、无损的测试技术，其灵敏度甚至可以达到单分子级，在监测细胞内相关生化反应方面具有巨大潜力。将SERS技术应用于上述肿瘤的光动力治疗过程的监测，不仅能帮助进一步理解纳米酶催化过程的具体机制，更能得到肿瘤微环境中氧化还原状态的具体信息。研究亮点 近日，吉林大学宋薇教授、刘卓副教授和赵冰教授团队将一种金/碳量子点(Au@CDs)复合材料级联纳米酶用于对肿瘤细胞的光动力治疗，并且采用SERS技术监测了整个光动力治疗过程中肿瘤微环境内氧化还原平衡的打破与再修复过程。该成果以“SERS monitoring of photoinduced-enhanced oxidative stress amplifier on Au@carbon dots for tumor catalytic therapy”为题发表在Light: Science & Applications，吉林大学博士研究生李林甲为第一作者，宋薇教授、刘卓副教授和赵冰教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，吉林省教育厅科技研究计划等项目的支持。研究人员首先以CDs作为模板剂和封端剂设计构筑了一种具有级联模拟酶活性的核壳结构Au@CDs材料，相比于单独的金纳米粒子，CDs外壳避免了Au核的聚集，并提供了致密且均匀的SERS热点。在808 nm近红外光激发下，Au@CDs表现出近红外光致增强的类过氧化物（POD）酶和近红外光诱导的类谷胱甘肽氧化酶（GSHOx）活性：即在近红外光照射下，表面等离子体共振（SPR）激发的大量热载流子可以有效地参与反应，金纳米粒子典型的等离子体光热效应可以增强POD活性；另外Au@CDs介导谷胱甘肽（GSH）参与反应，加速ROS的生成，呈现出光热增强的光动力治疗效果。这种级联纳米酶催化过程将迅速打破肿瘤细胞内的氧化还原稳态，产生大量ROS，最终导致癌细胞凋亡。图1 Au@CDs的级联纳米酶催化机制及其光热增强的光动力治疗肿瘤过程。为了监控这一催化过程，研究人员利用SERS技术，通过对四甲基联苯胺（TMB）底物分子的氧化产物的识别，实现了对光动力治疗肿瘤过程中，肿瘤微环境内活性氧动态变化过程的监控。即在近红外激光的辐照下，肿瘤细胞内活性氧水平会随着Au@CDs催化反应的开始而迅速上升，在很短的时间内（3min）即达到拉曼信号的峰值，实现氧化应激损伤效果；而激光辐照结束后，肿瘤微环境则会在一个相对较长的时间（33 min）进行自修复，即过表达的GSH等还原性物质消耗过量ROS的抗氧化过程，最终肿瘤微环境回到氧化还原平衡态。图2 （a-c）光动力治疗肿瘤过程中拉曼信号的变化及（d-e）对应的肿瘤微环境内氧化还原平衡的打破和再修复过程。总结与展望 Au@CDs级联纳米酶与传统的纳米药物和免疫治疗剂相比，具有通过级联反应中的光热性质促进光动力治疗效果的优点，能快速提高肿瘤内ROS的浓度，打破氧化还原稳态，进而达到肿瘤治疗目的，由于过表达的GSH等还原性物质消耗过量ROS，抑制了ROS向细胞外扩散。通过SERS策略，获得了光动力治疗过程中完整的氧化应激过程，对基于肿瘤微环境氧化应激损伤的光疗机制进行了深入的研究，为肿瘤光动力治疗的实时监测提供了最有价值的机制和数据支持。论文信息 Li, L., Yang, J., Wei, J. et al. SERS monitoring of photoinduced-enhanced oxidative stress amplifier on Au@carbon dots for tumor catalytic therapy. Light Sci Appl 11, 286 (2022).https://doi.org/10.1038/s41377-022-00968-5

2018年，一部电影《我不是药神》，令许多人潸然泪下，虽然电影中的印度仿制药“格列宁”并不是害人的假药，但在现实生活中，假药泛滥却早已成为一个世界性问题。今年疫情期间，就有一些不法分子为获取利润，用所谓的“抗疫神药”进行诈骗，2月份时，福建省检察机关就曾披露过一起相关案件。而这样的案例每年还有很多。假药的危害不必多说，杜绝药品造假的工作也已迫在眉睫。庆幸的是，越来越普及的分析仪器让假药鉴定愈加便捷。那么哪些药品容易成为造假者的目标？科研人员和有关部门又是如何利用科技手段应对的？本文将带大家一窥究竟。图片来源：pixabay这些药品是造假“重灾区”马克威特科夫斯基是一名从事药品检测工作的研究人员，如今在美国食品药品监督管理局（FDA）担任分析师，他的主要工作就是利用拉曼光谱，检测食物、药物和膳食补充剂，以确认其是否造假。他表示，造假者为了获得更大的利益，往往会选那些昂贵且常见的药品为目标，如生活类药物中的伟哥、立普妥等；治疗类药物中控制血压的海捷亚、流感疫苗达菲、血液稀释剂波立维等等。图片来源：https://w.url.cn/s/AD8hbJf近年来全球刮起一阵健身热，各种膳食补充剂也成为热销产品，掺假冒充现象随之而来。据威特科夫斯基介绍，很多膳食补充剂生产商声称自己的产品纯天然，且具有减肥或者治疗勃起障碍等等功效，但检测结果表明，这些产品的成分五花八门，其功效更是无从可知。读到这里，我们已经了解到一些药品造假方式，问题是药物造假为何屡禁不止？一个重要原因还是造假者总能以假乱真，不用说消费者，甚至专门从事药品研发与鉴定的人员也无从辨别。幸运的是，科技的快速发展使我们能够练就“火眼金睛”，去看穿那些“妖魔鬼怪”。如何追踪假药？在美国，药监局主要通过刑事调查部门和追踪检测部门的配合，来完成对“潜在假药”的检测。先由调查部门提供假冒或掺假药物的样本，接着再由检测部门对获取的样本进行成分分析。一旦检测成分有假，调查部门便会进一步实施勘察抓捕行动。图片来源：pixabay检测部门使用的分析手段便是拉曼光谱，它是一种指纹型的分析方法，因为不同物质的拉曼谱图都不相同。根据这一特点，研究人员能够通过获取的图谱，和“赝品”成分进行匹配，从而得到假药的原料配方。后再与“正品”配方进行对比，便能知道其是否造假以及如何造假的。为什么选择拉曼光谱而不是别的检测手段呢？因为拉曼光谱技术是一种无损型的分析检测技术，检测后样品仍能完整保存，以便后续作为证据。更重要的是，当待检测样品非常小时，普通红外光谱无法分析，拉曼却可以。拉曼助力假药“现形”我们已经知道研究人员可以利用拉曼光谱进行药品鉴定，具体是使用哪些仪器，过程又是如何进行的呢？让我们一起来看看~目前，美国药监局常用的仪器是HORIBA LabRAM IR2显微拉曼光谱仪和XploRA PLUS智能型全自动拉曼光谱仪。先通过ParticleFinder应用程序自动定位，快速对大片区域内的样品颗粒进行筛查；接着对选定的颗粒进行拉曼测试，以获得样品成分的“指纹谱”，用以分析；后综合获得的化学信息和光学显微镜的观察结果，给出待测样品的成分组成与含量分布。就这样，当这一系列分析结果及报告呈于法庭之上，就成为拿下造假者的重要证据。光谱表征助力科学研究本研究的大量工作离不开拉曼光谱，据威特科夫斯基介绍：“使用传统的拉曼光谱仪对样品进行分析相当耗时，往往需要重复操作，而XploRA PLUS的特点是可以通过使用ParticleFinder模块来实现自动化智能采样，从而大大简化检测程序，节约时间。”看到这里，你是不是在痛恨造假者的同时，也松了一口气。拉曼光谱就像一双“火眼金睛”，可以轻而易举地识别真假，将造假者置于法网之中。当然，这还要得益于科学仪器的不断改进和革新，不仅为科研人员提供了便捷的检测手段，更为我们的生活及生命安全筑起了一道防线。希望有更多更高级的科学仪器问世，让不法分子无处遁形，让我们的生活更加安全、美好！ 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。