Intestine-Targeted Controlled Hydrogen-Releasing MgH?Microcapsules for Improving the Mitochondrial Metabolism of Inflammatory Bowel Disease

腸道靶向控氫釋放MgH2微膠囊改善炎癥性腸病線粒體代謝

來(lái)源：Advanced Functional Materials 2024，34,2316227

 

摘要核心內(nèi)容

該論文開(kāi)發(fā)了一種腸道靶向控釋氫氣的微膠囊（MgH2 EC ES），通過(guò)多層乳化法將MgH2顆粒封裝于乙基纖維素（EC）疏水網(wǎng)絡(luò)外層包覆腸溶材料Eudragit S100（ES）。該微膠囊在胃酸（pH 1.2）中穩(wěn)定，在腸道（pH 7.0）中通過(guò)ES溶脹和EC的緩釋作用實(shí)現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)氫。在小鼠結(jié)腸炎模型中，高劑量（800 mg/kg）的MgH2 EC ES微膠囊治療效果優(yōu)于一線藥物5-ASA，顯著恢復(fù)結(jié)腸長(zhǎng)度、黏膜屏障和線粒體能量代謝。機(jī)制研究表明，H?通過(guò)保護(hù)線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物免受氧化損傷，增強(qiáng)腸道細(xì)胞的能量代謝以支持黏膜修復(fù)。

研究目的

核心問(wèn)題：解決現(xiàn)有氫療法（如富氫水）的氫氣溶解度低、胃酸快速分解導(dǎo)致腸道遞送效率低的問(wèn)題。

創(chuàng)新點(diǎn)：開(kāi)發(fā)一種pH響應(yīng)型腸道靶向遞送系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)氫氣在腸道的可控緩釋，并闡明H?通過(guò)保護(hù)線粒體功能改善結(jié)腸炎的機(jī)制。

研究思路

材料設(shè)計(jì)：

核心結(jié)構(gòu)：MgH2作為高容量固態(tài)儲(chǔ)氫材料（產(chǎn)氫量923 mL/g），EC疏水網(wǎng)絡(luò)延緩水解，ES腸溶層防止胃酸分解。

合成方法：通過(guò)油-醇-油多步乳化法構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu)（圖1a）。

 

性能驗(yàn)證：

體外實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證微膠囊的pH響應(yīng)釋放行為（圖1h-i，圖S6）。

體內(nèi)遞送：通過(guò)熒光成像（圖2a-c）和ICP檢測(cè)（圖S8）驗(yàn)證腸道靶向性。

治療效果：在DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中評(píng)估體重、DAI評(píng)分、結(jié)腸長(zhǎng)度、組織病理學(xué)等指標(biāo)（圖3）。

機(jī)制研究：通過(guò)RNA測(cè)序、線粒體ATP檢測(cè)、Western blot等手段揭示H?對(duì)線粒體復(fù)合物的保護(hù)作用（圖5-6）。

 

關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其研究意義

結(jié)構(gòu)與釋放性能：

圖1c-g：SEM和共聚焦圖像顯示微膠囊的核殼結(jié)構(gòu)，MgH2顆粒被EC/ES包裹。

圖1i：體外模擬腸道液中，MgH2 EC ES在6小時(shí)內(nèi)釋放80%的H?，而裸MgH2在胃酸中5分鐘完全分解。

意義：驗(yàn)證了微膠囊的pH響應(yīng)性和緩釋能力。

體內(nèi)遞送與H?濃度：

圖2d：Unisense電極檢測(cè)顯示，口服微膠囊后6小時(shí)結(jié)腸H?濃度達(dá)到飽和（約1.6 ppm），顯著高于胃部。

 

圖S8：ICP檢測(cè)表明微膠囊在腸道滯留6小時(shí)時(shí)達(dá)峰值（54.4%），24小時(shí)基本排出。

意義：證實(shí)了微膠囊的腸道靶向性和H?的持續(xù)釋放。

治療效果：

 

圖3b-h：高劑量微膠囊組（MgH2_HD）的結(jié)腸長(zhǎng)度恢復(fù)（89.7%vs模型組）、DAI評(píng)分降低（與5-ASA相當(dāng)），且組織病理學(xué)評(píng)分顯著優(yōu)于5-ASA。

 

圖4a-e：免疫熒光顯示微膠囊組ZO-1和Occludin蛋白水平恢復(fù)，Ki-67陽(yáng)性細(xì)胞增多，提示黏膜屏障修復(fù)和干細(xì)胞增殖。

意義：H?通過(guò)促進(jìn)黏膜再生和抑制炎癥改善結(jié)腸炎。

線粒體機(jī)制：

 

圖6b：高劑量微膠囊組結(jié)腸線粒體ATP水平高于正常組（1.5倍）。

圖6f-g：Western blot顯示微膠囊組線粒體復(fù)合物（II、IV、V）表達(dá)顯著恢復(fù)。

意義：H?保護(hù)線粒體電子傳遞鏈復(fù)合物免受氧化損傷，增強(qiáng)能量代謝。

結(jié)論

MgH2 EC ES微膠囊成功實(shí)現(xiàn)了腸道靶向控釋H?，產(chǎn)氫效率高且生物安全性好。

在小鼠結(jié)腸炎模型中，高劑量微膠囊通過(guò)恢復(fù)黏膜屏障、促進(jìn)干細(xì)胞增殖和抑制炎癥，療效優(yōu)于5-ASA。

機(jī)制創(chuàng)新：首次揭示H?通過(guò)保護(hù)線粒體復(fù)合物（如SDHA）減少電子泄漏，維持ATP合成，為氫療法的代謝調(diào)控機(jī)制提供了新視角。

Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

圖1i：體外模擬胃液（pH 1.2）和腸液（pH 7.0）中，使用Unisense氫電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)H?濃度變化。

圖2d：通過(guò)結(jié)腸插管術(shù)，在口服微膠囊后不同時(shí)間點(diǎn)（0-6小時(shí)）直接測(cè)量結(jié)腸內(nèi)溶解的H?濃度。

數(shù)據(jù)意義：

高靈敏度：Unisense電極可檢測(cè)低至0.01 ppm的H?，精準(zhǔn)反映微膠囊在腸道的釋放動(dòng)力學(xué)。

驗(yàn)證靶向性：圖2d顯示H?在胃部幾乎無(wú)釋放（<0.2 ppm），而在結(jié)腸6小時(shí)達(dá)飽和（1.6 ppm），直接證明微膠囊的pH響應(yīng)性。

支持治療機(jī)制：結(jié)腸H?濃度與ATP水平（圖6b）和線粒體復(fù)合物恢復(fù)（圖6f）正相關(guān)，表明H?的局部高濃度是療效的關(guān)鍵。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：相比氣相色譜（GC），Unisense電極無(wú)需密封取樣，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活體腸道H?動(dòng)態(tài)，為體內(nèi)遞送研究提供了可靠工具。

以上總結(jié)覆蓋了論文的核心內(nèi)容、方法創(chuàng)新、數(shù)據(jù)支撐及臨床轉(zhuǎn)化意義，尤其突出了Unisense電極在驗(yàn)證遞送系統(tǒng)和療效機(jī)制中的關(guān)鍵作用。