【细胞实验用MOF材料】MOF-818纳米酶有效抑制氧化应激和炎症损伤引起的草酸钙肾结石

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摘要：
广州医科大学刘旸、曾国华、刘宏星老师等报道的本篇文章（Adv. Healthcare Mater. 2024, 2401574）中研究了一种名为MOF-818的MOF纳米酶，它能有效抑制由氧化应激和炎症损伤引起的草酸钙肾结石的形成。MOF-818通过模拟过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的酶性质，减少活性氧(ROS)的生成，恢复线粒体膜电位，调节细胞周期，减少细胞死亡，阻碍巨噬细胞的募集，并减少巨噬细胞中炎症因子的释放。在体内外实验中，MOF-818均显示出抗氧化和抗炎作用，能够降低肾脏草酸钙晶体沉积，上调组织中SOD和CAT的表达水平，下调粘附蛋白和炎症因子IL-6和TNF-α，并促进巨噬细胞从M1向M2表型的极化。因此，MOF-818有潜力作为一种新药用于治疗草酸钙肾结石，并为开发新的纳米药物提供了实验理论基础。

研究背景：
1. 肾结石，尤其是草酸钙结石，是一种常见且复发率高的泌尿系统疾病，目前缺乏有效的防治药物。
2. 现有的治疗药物包括氢氯噻嗪利尿剂、枸橼酸钾、别嘌呤醇和硫普罗宁等，但长期使用可能导致患者明显的不良反应，降低患者依从性。
3. 本文创新点：
   - 提出使用MOF-818纳米酶作为一种新型治疗手段。
   - MOF-818能够模拟CAT和SOD酶的活性，有效清除ROS，改善氧化应激环境。
   - 在体外和体内实验中验证了MOF-818的抗氧化和抗炎作用，以及对肾结石形成的抑制效果。

实验部分：
1. MOF-818 点击查看相关产品链接 的合成：
   1) 将Cu(NO3)2·3H2O、ZrOCl2·8H2O和H2PyC按照1:1:1的摩尔比溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入三氟乙酸(TFA)调节pH值。
   2) 将混合溶液在100 °C下反应8小时，然后冷却至室温，通过离心分离出MOF-818晶体。
   3) 用DMF和无水乙醇洗涤晶体，然后在60 °C下干燥以得到最终产物。
2. 细胞培养及MOF-818处理：
   1) 将人肾小管上皮细胞(HK-2)和人单核巨噬细胞(THP-1)在37 °C、5% CO2条件下培养。
   2) 将细胞分为对照组、草酸盐处理组(1 mM)和不同浓度MOF-818(0.39, 1.56, 6.25 μg/mL)处理组，处理24小时。
3. 细胞活性和细胞摄取实验：
   1) 使用CCK-8试剂盒测定不同浓度MOF-818对HK-2细胞活性的影响。
   2) 利用Coumarin-6标记的MOF-818观察细胞摄取情况，使用共聚焦显微镜进行成像。
4. 细胞形态学观察：
   1) 通过H&E染色观察MOF-818处理后HK-2细胞的形态变化。
   2) 使用Calcein AM/PI染色检测活细胞和死细胞的比例。
5. 细胞氧化应激和线粒体膜电位检测：
   1) 使用DCFH-DA荧光探针检测细胞内活性氧(ROS)的产生。
   2) 利用JC-1荧光探针检测线粒体膜电位的变化。
6. 细胞周期和凋亡分析：
   1) 利用流式细胞仪进行细胞周期分析，以确定MOF-818对细胞周期的影响。
   2) 使用TUNEL实验检测MOF-818对细胞凋亡的影响。
7. 巨噬细胞招募和炎症因子分泌实验：
   1) 利用Transwell实验检测MOF-818对巨噬细胞招募的影响。
   2) 通过ELISA检测上清液中炎症因子TNF-α的水平。
8. 体内抗肾结石形成实验：
   1) 建立乙二醇诱导的大鼠肾结石模型，通过灌胃给予不同剂量的MOF-818。
   2) 检测血清生化指标、肾脏组织病理变化和草酸钙晶体沉积情况。

分析测试：
1. MOF-818的形态和尺寸分析：
   - 使用TEM对MOF-818的形态和尺寸进行分析，结果显示平均直径为220nm。
2. 比表面积和孔隙结构分析：
   - 使用BET方法分析MOF-818的N2吸附-脱附等温线，比表面积为535.6 m²/g，孔径为2.50 nm。
3. 元素组成和化学状态分析：
   - 利用XPS分析MOF-818的元素组成和化学状态，确定了Cu 2p和Zr 3d的结合能峰。
4. 晶体结构和相纯度分析：
   - 通过XRD分析MOF-818的晶体结构和相纯度，与模拟标准衍射峰匹配良好。
5. 酶活性模拟分析：
   - 通过SOD和CAT活性测定试剂盒评估MOF-818的酶活性模拟能力，表现出浓度依赖性。
6. 细胞活性和细胞摄取定量分析：
   - 使用CCK-8试剂盒测定MOF-818对HK-2细胞活性的影响，并通过荧光显微镜定量细胞摄取。
7. 细胞氧化应激和线粒体膜电位定量分析：
   - 使用DCFH-DA和JC-1荧光探针定量分析MOF-818对细胞内ROS水平和线粒体膜电位的影响。
8. 细胞凋亡和细胞周期分析：
   - 利用流式细胞仪进行TUNEL实验和细胞周期分析，得到MOF-818对细胞凋亡和周期的影响数据。
9. 巨噬细胞招募和炎症因子分泌定量分析：
   - 通过Transwell实验和ELISA定量分析MOF-818对巨噬细胞招募和炎症因子TNF-α分泌的影响。
10. 体内抗肾结石形成效果评估：
    - 通过血清生化分析、组织病理评分和草酸钙晶体染色定量评估MOF-818的体内抗肾结石形成效果。

总结：
本文研究表明，MOF-818纳米酶通过其抗氧化和抗炎作用，能够有效抑制草酸钙肾结石的形成和发展。MOF-818能够减轻肾脏组织中的氧化和炎症损伤，降低肾脏中粘附蛋白的表达，并促进巨噬细胞从M1向M2表型的转变。这些发现为MOF-818作为治疗草酸钙肾结石的新药提供了理论依据。

展望：
MOF-818作为一种新型纳米酶，在治疗草酸钙肾结石方面展现出巨大潜力。未来的研究可以进一步探索MOF-818在临床上的应用，包括其长期疗效和安全性评估。此外，还可以研究MOF-818在其他氧化应激相关疾病中的潜在应用，以及通过结构优化进一步提高其生物活性和稳定性。

MOF-818 Nanozyme Suppresses Calcium Oxalate Kidney Stones by Alleviating Oxidative Stress and Inflammatory Injury
文章作者：Yuan Tian, Ziyu Ye, Xunrui Wang, Hantian Guan, Weifeng Liu, Xiaolu Duan, Yang Liu, Guohua Zeng, Hongxing Liu
DOI：10.1002/adhm.202401574
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adhm.202401574

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