深圳大学张斌/聂国辉团队Biomaterials：多酸载钯单原子纳米酶抑制铁死亡以保护听力损失的研究

感音神经性耳聋是最常见的感觉障碍之一，内耳毛细胞（HCs）不可逆损伤是造成感音神经性耳聋的主要原因之一。氨基糖苷类抗生素是临床实践中最常见的导致感音神经性听力损失的耳毒性药物。活性氧（ROS）的积累是导致氨基糖苷类药物引起耳毒性的主要因素之一。抗氧化剂在清除ROS和抑制细胞程序性死亡等方面发挥作用，对于感音神经性耳聋的防治展现出巨大潜能。然而，目前的抗氧化剂通常特异性不足和作用持续时间有限，阻碍了它们穿过血迷路屏障并在内耳内达到最佳浓度的能力。这些限制对临床用药带来了极大困扰。

纳米酶作为一种具有天然类酶活性的新型纳米材料，已成为生物材料研究的新前沿。近年来，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等具有抗氧化催化活性的纳米酶在抗炎治疗、神经保护、细胞保护等方面的应用已有报道。在各种纳米酶中，以每个金属原子为活性位点的金属单原子纳米酶（SAN）引起了极大的关注。与通常由数百甚至数千个产生具有各种配位构型的活性位点的金属原子组成的金属纳米颗粒相比，金属中心保持原子分散的形式，从而确保相同的催化活性中心。由于位点均匀，SAN原则上具有可控的催化选择性，可以有效避免副反应，这对生物安全很重要。在抗氧化剂领域，SAN还展示了其治疗各种疾病的潜力。

图1. 本文的图片摘要。

由于均匀分散的氧配位环境，Keggin型多金属氧酸盐（POMs）作为金属原子的载体材料表现出显著的潜力。深圳大学第一附属医院张斌研究员与聂国辉教授团队成功地在一种Keggin型多酸——硅钨酸上合成了原子分散的Pd-SAN。此外，还进行了结构修饰和功能优化，通过提高材料的靶向性、可控性、缓释能力和稳定性来增强材料的抗氧化效果。电子显微镜结果表明，SAN组装体呈尺寸约为80 nm的纳米球形式，可以很容易地进入HCs。EDX元素图谱结果进一步证实了Pd均匀分散在结构上。值得注意的是，这种Pd-SAN表现出与天然酶相当的酶活性，在抗氧化剂特别是听力损失治疗方面显示出巨大的潜力。

图2. Pd-SAN的表征。（A）SEM图像。（B）具有EDX图谱的TEM图像。（C）Pd 3d XPS光谱。（D）XANES光谱。（E）EXAFS结果。（F）合成的Pd-SAN和两种天然抗氧化酶之间的酶活性的比较。

通过体外、体内实验以及转录组测序的深入分析，作者发现Pd SAN不仅抑制新霉素诱导的HCs氧化应激和线粒体损伤，还能通过抑制铁死亡，在保持良好生物安全性的同时对HCs损伤表现出显著的保护作用。总体而言，本研究有助于开发预防和治疗感音神经性听力损失的潜在治疗方法，并为制定具有临床意义的干预策略奠定基础。

图3. Pd-SAN对新霉素诱导的耳蜗基底膜损伤具有保护作用。

这一成果近期发表在Biomaterials 上，文章的第一作者是深圳大学在读博士研究生霍琴。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Application of Self-assembly Palladium Single-atom Nanozyme over Polyoxometalates in Protection against Neomycin-induced Hearing Loss by Inhibiting Ferroptosis

Qin Huo, Chen Chen, Jiahao Liao, Qingdong Zeng, Guohui Nie*, Bin Zhang*

Biomaterials, 2024, 311, 122665, DOI: 10.1016/j.biomaterials.2024.122665

通讯作者简介

张斌，研究员，北京大学本科，新加坡国立大学博士，现为深圳大学一附院（市纳米酶重点实验室）独立PI，研究生/博士后导师，主要从事金属单原子/团簇催化剂的环境与医学应用研究。入选“珠江人才计划”青年人才引进计划，国家重点研发计划课题负责人，深圳市高层次人才。主持国家、省、市级在研项目总计1600余万元，以第一/通讯作者在Nature系列期刊、JACS、Angew Chem、Chem. Rev.等发表学术论文30余篇（ORCID: 0000-0002-2112-2555）。

聂国辉，教授，国家自然科学基金重大项目负责人，国家重点研发计划课题负责人，广东省高水平临床重点专科学科带头人，深圳市纳米酶肿瘤转化医学纳米酶重点实验室主任。近年来主持生物材料相关的国家自然科学基金重大项目，面上项目等科研课题20余项，获省级科研成果一等奖一项，二等奖一项；授权专利15项；至今在Chemical Reviews、Cell Metabolism、Nature Communications、PNAS、JACS, Angew Chem, Advanced Materials等期刊发表论文100余篇，总被引用次数5000余次，h指数32。

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