活性氧

近日，北京化工大学材料科学与工程学院徐福建教授团队和济宁医学院的李敬博士在Adv. Mater.上发表了题为“Flexible Modulation of Cellular Activities with Cationic Photosensitizers: Insights of Alkyl Chain Length on Reactive Oxygen Species Antimicrobial Mechanisms”的研究论文。阳离子光敏剂与带负电荷的细菌和真菌具有良好的结合能力，在抗菌光动力疗法（aPDT）中应用广泛。然而，阳离子光敏剂对病原菌，尤其是真菌与哺乳动物细胞不具有选择性，往往会存在生物安全性的问题。同时，由于缺乏对相同光敏剂的系统性研究，目前尚不清楚细菌的哪些生物活性分子位点是光动力的有效损伤位点。因此，以小檗碱（BBR）为光敏剂核心，设计并合成了一系列具有不同烷基链长度的阳离子聚集诱导发光（AIE）衍生物（CABs），用于灵活调节阳离子光敏剂对细胞活性物质的选择性。BBR核心可以有效地产生活性氧（ROS），并在生理环境中实现高性能的aPDT。通过精确调节烷基链长度，实现了CABs在细菌、真菌和哺乳动物细胞中的不同结合、定位和光动力杀伤效果。研究发现，aPDT更有效的损伤位点是细胞内活性物质（DNA和蛋白质），而不是细菌膜。中等长度烷基链的CABs在光照下能有效地杀死革兰氏阴性菌和真菌，同时仍然保持良好的生物安全性。通过HOMO-LUMO实验证明烷基链长度的改变并不会改变核心BBR的AIE性能，但是随着烷基链的增长，CABs更容易形成分子间聚集体。与此同时，随着烷基链的增长，CABs与细菌的结合速率与结合量增加。CAB-8光照时的抗菌性能提升更明显。进一步的激光共聚焦定位实验证明，烷基链长调控CABs在细菌内的定位，CAB-8进入细菌，CAB-10卡在膜上。通过分子动力学模拟实验发现，CAB-10比CAB-8要克服更大的自由能，导致CAB-10卡在细菌膜上。透射电镜冷冻切片证明，CABs的定位调控杀伤，CAB-8损伤菌内活性物质，CAB-10损伤细菌膜上。进一步通过液质联用、DNA彗星实验以及β-半乳糖苷酶检测证明：CAB-10（膜上）膜损伤程度大于CAB-8（膜内），CAB-8（膜内）对DNA、酶损伤程度大于CAB-10（膜上）。随着烷基链的增加，CABs进入真菌的能力增强：CAB-10＞CAB-8 CAB-6。同时，烷基链越长，CABs进入哺乳动物细胞的能力越强，具体表现为CAB-10的细胞毒性远大于CAB-8和CAB-6。综上所述，CAB-8可以很好的平衡光动力杀菌和生物相容性，具有高效杀菌性和生物安全性。该研究通过烷基链的定位调控，解决了阳离子光动力抗菌材料对细菌、真菌、哺乳动物细胞不具有选择性造成的生物安全问题，同时证明了相对于细菌膜来说，细菌内部的活性物质是光动力更为有效的氧化位点。本研究有望为构建具有良好选择性的高性能阳离子光敏剂提供系统的理论和研究指导。北京化工大学材料科学与工程学院博士生郑良和博士生朱艺文为本文的共同第一作者。材料科学与工程学院徐福建教授和俞丙然教授、济宁医学院的李敬博士为本文的通讯作者。北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金，和北京市优秀青年科技人才计划的资助。

2024年2月，中国农业科学院油料作物研究所邓乾春研究员团队在国际Top期刊Advances in Colloid and Interface Science（Q1，IF: 15.6）发表题为“Recent advances in understanding the interfacial activity of antioxidants in association colloids in bulk oil”的综述论文。中国农业科学院油料作物研究所博士研究生王新天为第一作者，通讯作者为湖北大学健康科学与工程学院陈洪建特任副研究员和中国农业科学院油料作物研究所邓乾春研究员。脂质氧化是导致油脂质量和安全性下降的主要原因。近几十年，对油脂氧化的关注已从简单的化学反应（链式反应）转变为同时考虑物理化学和结构方面，如分子的相对位置和相互作用，并突破了最初的极性悖论理论的一些局限性。此外，对非均相体系中的脂质氧化也有了新的认识，如抗氧化剂在乳液中的“cut-off”效应，描述界面氧化反应的伪相动力学模型的发展，胶束参与分子交换事件的能力。这些进展有助于对纯油和乳液体系中发生的复杂脂质氧化反应有更深入的了解。本文综述了近年来对纯油体系中脂质氧化的研究进展，重点介绍了界面和胶体现象在这些系统中的作用。强调了缔合胶体形成的因素，以及在脂质氧化的各个阶段中其组成和结构的变化。本文还重点介绍了在这些体系中影响抗氧化剂效果的因素，特别是它们在油水界面上分配的影响。对纯油体系氧化过程中发生的物理化学变化以及微量化合物对抗氧化剂功效的影响有进一步了解，为更有效的控制食品中脂质氧化提供新策略。 综述亮点 本文综述了两亲性抗氧化剂/表面活性剂引起的脂质氧化过程中胶体组成和结构的变化。在脂质氧化的不同阶段，抗氧化剂与LOOH在反胶束中相互作用的能力可以加速或延迟氧化。非抗氧化表面活性剂引起的胶体结构变化可产生抗氧化作用。 综述结论 纯油体系中存在的缔合胶体可以作为有效的纳米反应器。人们普遍认为缔合胶体是脂质氧化的位点，但仍然很难预测这些胶体结构对脂质氧化的影响。通常，人们认为抗氧化剂位于氧化发生的位置是很重要的。然而，文献综述表明，界面抗氧化剂=良好抗氧化性能的假设过于简单。总的来说，界面抗氧化剂的存在似乎是非常重要的，但其他因素也很重要。在脂质氧化的不同阶段，抗氧化剂与LOOH在反胶束中相互作用的能力尤为重要。这些相互作用可能加速或延迟脂质氧化。在油脂中加入两亲性抗氧化剂或表面活性剂会改变反胶束的数量、大小、结构和组成，这也会影响脂质氧化。在某些情况下，表面活性剂引起的结构变化可以产生抗氧化作用，即使表面活性剂分子本身不表现出传统的抗氧化活性。从一个角度来看，表面活性剂可以通过增加反胶束的数量和体积来增加抗氧化剂对活性氧化位点的可用性，从而被视为新一代抗氧化剂。仍然需要更多的研究来更好地理解结构组织的复杂变化和参与脂质氧化反应的不同分子的相互作用。该领域的主要挑战之一是确定合适的分析方法来跟踪脂质氧化过程中发生的成分和结构变化。使用小角x射线散射(SAXS)和光散射方法可以获得油脂中反胶束和其他缔合胶体的大小和结构变化。油水界面的变化可以通过界面张力、石英晶体耗散微天平、核磁共振、分子对接等来研究。胶体体系的结构组织变化和分子交换事件可以通过液相透射电镜(LTEM)和流式细胞仪获得。使用荧光探针方法可以研究界面上抗氧化剂与反胶束之间的相互作用。然而，抗氧化剂究竟位于反胶束的栅栏层、疏水核还是外层，目前仍难以区分。仍然需要更复杂的分析仪器来监测抗氧化剂和其他两亲分子之间的界面相互作用。提高对脂质氧化的理解可能需要开发新的分析方法，包括可以测量系统内不同位置的成分和结构变化的方法。计算机模拟技术对于揭示在纯油体系氧化过程中发生的复杂分子事件以及抗氧化剂和表面活性剂的作用可能特别强大。提高我们对反胶束在脂质氧化中的复杂作用的认识应该有助于设计更有效的抗氧化技术。 图文赏析

p　　近日，国家自然科学基金委员会化学科学部在北京召开了2017年度“科学仪器基础研究专款”项目结题验收会。唐波教授作为山东师范大学获批的首个科学仪器基础研究专款项目“适用于单细胞内活性小分子物种检测的荧光分析仪”的负责人参加会议，并进行结题汇报。/pp　　该项目在以活性小分子为重点对象的新型荧光探针研究的基础上，以设计的多功能微流控、单细胞分析芯片、双激光诱导荧光三色检测以及信号采集与系统控制等关键技术为单元模块，研制出了适用于单细胞内活性小分子物种检测的荧光分析仪 建立了单细胞内浓度差别大的多种重要小分子(活性氧、活性氮、巯基化合物、金属离子等)的同时定量检测新方法，获取了单细胞内这些活性小分子的含量、水平变化与细胞分子事件的相关性信息。/pp　　项目研制的仪器，解决了目前商品化荧光光谱仪不适应单细胞、激光共聚焦与流式细胞仪难以准确定量单细胞内活性小分子的不足，为单细胞分析、小分子检测等领域提供了一种重要的科学仪器。项目建立的分析方法，突破了难以同时获取单细胞内多种重要小分子定量信息的瓶颈，将在单细胞水平上为活性小分子相关的生理病理机制研究提供一种全新的分析方法。项目执行期间发表SCI论文74篇，总引用1676次 申请发明专利14件，授权5件 研究成果获得省部级奖励2项，并在人才培养方面取得了显着成效。/pp　　验收专家组听取了项目负责人的汇报，审阅了相关资料，观看了研制仪器核心部件及仪器正常工作状态的录像，经质询、评议，认为该项目研究工作全面完成了研究计划，取得了突出进展，以综合评价优秀的优异成绩通过验收。/ppbr//p