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中南大學(xué)湘雅醫(yī)院王楊團(tuán)隊(duì)通過(guò)苦杏仁苷（amygdalin, AMY）和甘草酸（glycyrrhizic acid, GLA）——這兩種源自中藥的天然化合物——的自發(fā)分子自組裝，開(kāi)發(fā)了一種全天然生物活性成分水凝膠（命名為AG-gel）（Scheme 1）。一方面，這些成分在生理環(huán)境下通過(guò)非共價(jià)相互作用自組裝成三維纖維網(wǎng)絡(luò)，形成無(wú)載體的水凝膠基質(zhì)，無(wú)需合成交聯(lián)劑。同時(shí)，材料優(yōu)化使其具有與腦組織匹配的模量，允許在TBI模型清創(chuàng)術(shù)后進(jìn)行腦內(nèi)給藥。另一方面，AG-gel通過(guò)特異性下調(diào)補(bǔ)體C3，有效減輕由創(chuàng)傷引發(fā)的病理性補(bǔ)體激活。隨后對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞-星形膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的調(diào)節(jié)，通過(guò)破壞膠質(zhì)細(xì)胞激活和炎癥介質(zhì)釋放的自我延續(xù)循環(huán)，減輕了神經(jīng)炎癥。這種治療效果與完全使用天然成分所帶來(lái)的固有生物安全性相結(jié)合。在臨床上，AG-gel通過(guò)與神經(jīng)外科清創(chuàng)術(shù)的協(xié)同整合展示了轉(zhuǎn)化潛力，術(shù)后立即給藥可建立局部補(bǔ)體抑制?？傊?，這種外科輔助性FNBCs水凝膠通過(guò)局部補(bǔ)體調(diào)節(jié)，為緩解TBI后繼發(fā)性神經(jīng)損傷這一關(guān)鍵未滿足需求提供了解決方案，并提供了一種潛在的治療選擇。該文章于2025年9月3日以《Surgical-Adjuvant Hydrogel of Full-Natural Bioactive Compounds from Chinese Medicine for Enhanced Traumatic Brain Injury Therapy by Inhibiting Complement Activation》為題發(fā)表于《Advanced Functional Materials》（DOI： 10.1002/adfm.202508893）。

Scheme 1 外科輔助水凝膠(AG-gel)通過(guò)清創(chuàng)術(shù)后局部給藥抑制異常補(bǔ)體激活以增強(qiáng)TBI后神經(jīng)保護(hù)的示意圖

在本研究中，通過(guò)分子自組裝策略設(shè)計(jì)了AG-gel，其利用完全源自中藥的天然生物活性成分，以實(shí)現(xiàn)對(duì)早期補(bǔ)體激活的調(diào)控。AG-gel由天然生物活性成分（苦杏仁苷和甘草酸）在生理?xiàng)l件下自組裝而成，表現(xiàn)出可注射性和內(nèi)在的藥理功能。在TBI清創(chuàng)術(shù)后單次施用，AG-gel在臨床前TBI模型中顯示出改善神經(jīng)功能的功效。具體而言，AG-gel通過(guò)一種雙重機(jī)制協(xié)同抑制補(bǔ)體系統(tǒng)激活：該機(jī)制結(jié)合了保護(hù)血腦屏障以阻斷外周C3浸潤(rùn)以及直接與C3結(jié)合，從而破壞了由膠質(zhì)細(xì)胞激活交互對(duì)話所驅(qū)動(dòng)的自我放大的神經(jīng)炎癥循環(huán)，同時(shí)增強(qiáng)了內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)作用。總而言之，這項(xiàng)工作為干預(yù)TBI及相關(guān)外科操作中的補(bǔ)體激活提供了一種替代性的外科輔助水凝膠策略。

(1) AG-gel的制備與篩選和表征

圖1 AG-gel的制備與表征。A）AG-gel基質(zhì)中amygdalin和glycyrrhizinic acid的分子結(jié)構(gòu)。B）顯示不同比例和濃度條件的AG-gel的照片。C）不同AG-gel在低應(yīng)變下的動(dòng)態(tài)頻率掃描分析。D）AG-gel與應(yīng)變相關(guān)的振蕩剪切流變特性。E）AG-gel在低應(yīng)變下的動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描。F) AG-gel在低和高應(yīng)變條件下的階躍應(yīng)變測(cè)試。G）AG-gel的復(fù)合粘度隨剪切速率的變化。H）展示AG-gel 注射時(shí)形成的幾何形狀、在腦內(nèi)的可注射性以及注入超純水中時(shí)形成條紋的代表性圖像。I）AG-gel的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。J）AG-gel的溶脹特性（n = 3）。K）AG-gel的體外累積降解率（n = 3）

（2）通過(guò)酶誘導(dǎo)礦化制備的MNG

通過(guò)多種物理化學(xué)方法、分子動(dòng)力學(xué)模擬，解析了可能的組裝機(jī)制，即：AG-gel由多種非共價(jià)鍵相互作用形成。

圖2 AG-gel的組裝機(jī)制。A）A-sol（苦杏仁苷溶液）、G-gel（甘草酸凝膠）和AG-gel的傅里葉變換紅外光譜（FTIR）。B）DMSO-d6溶液中G-gel、A-sol和AG-gel的1H-NMR譜圖。C）不同濃度AG-gel的UV–vis光譜。D）AG-gel的X射線衍射譜圖。E）A-sol、G-gel和AG-gel的圓二色譜譜圖。F）不同濃度AG-gel的CD譜圖。G）AG-gel的飛行時(shí)間質(zhì)譜圖

（3）AG-gel的分子動(dòng)力學(xué)模擬

2分子的苦杏仁苷之間可能通過(guò)π?π stacking形成堆疊，進(jìn)而通過(guò)氫鍵相互作用與1分子的甘草酸形成聚集體。隨后，該聚集體通過(guò)多種非共價(jià)鍵相互作用進(jìn)一步組裝成高階聚集體，最終形成水凝膠形式。

圖3 AG-gel的全原子分子動(dòng)力學(xué)(AAMD)模擬。A）模擬過(guò)程中每20 ns AG-gel結(jié)構(gòu)變化的時(shí)間過(guò)程（紅色分子簇：苦杏仁苷；藍(lán)色分子簇：甘草酸）。B）AG-gel在0 ns和100 ns時(shí)的結(jié)構(gòu)變化。C）模擬時(shí)間內(nèi)AG-gel的均方根偏差（RMSD）。D）模擬時(shí)間內(nèi)AG-gel的溶劑可及表面積（SASA）。E）AG-gel中的分子間相互作用分析。F）模擬時(shí)間內(nèi)AG-gel的氫鍵數(shù)量。G）模擬時(shí)間內(nèi)AG-gel的回轉(zhuǎn)半徑（RG）。H）AG-gel自組裝形成機(jī)制的圖示

（4）AG-gel在TBI小鼠模型中增強(qiáng)整體神經(jīng)保護(hù)作用

通過(guò)CCI構(gòu)建TBI小鼠模型，在局部應(yīng)用AG-gel后，通過(guò)多種行為測(cè)試及神經(jīng)相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)，研究者明確了AG-gel具有協(xié)同增強(qiáng)神經(jīng)保護(hù)效應(yīng)。

圖4 AG-gel TBI小鼠模型中的神經(jīng)保護(hù)作用。A）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和藥物干預(yù)方案。B）描繪TBI小鼠腦損傷和AG-gel局部給藥的代表性圖像。C）不同時(shí)間點(diǎn)各組小鼠的改良神經(jīng)功能缺損評(píng)分 (mNSS) (n = 12)。D）不同時(shí)間點(diǎn)各組小鼠的足誤率(n = 12)。E）TBI后第3天不同組的蘇木精-伊紅染色腦切片代表性圖像，黑框突出了損傷區(qū)域的放大視圖。F）TBI后第3天不同組的尼氏染色腦切片代表性圖像，黑框指示了放大的損傷區(qū)域。G）TBI后第3天不同組小鼠損傷區(qū)域NeuN染色的代表性圖像。H）TBI后第3天不同組小鼠損傷區(qū)域TUNEL染色的代表性圖像。I）TBI后第3天存活神經(jīng)元的定量分析（n=5)。J）TBI后第3天NeuN+細(xì)胞的定量分析(n = 4)。K）TBI后第3天TUNEL+細(xì)胞的定量分析(n = 5)。L) AG-gel原位給藥以增強(qiáng)TBI后神經(jīng)保護(hù)的示意圖。所有定量數(shù)據(jù)均表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)示如下：*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。星號(hào)標(biāo)記指示由CCI引起的腦損傷側(cè)

（5）AG-gel減輕TBI后的神經(jīng)炎癥反應(yīng)

通過(guò)檢測(cè)膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物、多種炎癥因子表達(dá)，明確了AG-gel能夠協(xié)同改善TBI后神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

圖5 AG-gel在TBI小鼠模型中對(duì)神經(jīng)炎癥的抑制作用。A）腦損傷周圍區(qū)域Iba-1（左側(cè)，綠色，小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物）和GFAP（右側(cè)，綠色，星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物）的代表性免疫熒光染色圖像。放大區(qū)域中的箭頭指示典型的細(xì)胞形態(tài)。B）不同組中Iba-1陽(yáng)性細(xì)胞比例的定量分析(n=5)。C）不同組中GFAP陽(yáng)性細(xì)胞比例的定量分析（n=5)。D）通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定試劑盒檢測(cè)腦皮質(zhì)和血清中炎癥因子的示意圖。E）不同組間腦損傷周圍皮質(zhì)中抗炎因子（藍(lán)色，白細(xì)胞介素-10 (IL-10)）和促炎因子（紅色，IL-6，TNF-α，白細(xì)胞介素-1β的比較分析（n=7)。F）不同組間血清中抗炎因子（藍(lán)色，IL-10）和促炎因子（紅色，IL-6, TNF-α, IL-1β）的比較分析（n=7）。G) AG-gel在TBI后增強(qiáng)其抗炎作用機(jī)制的示意圖。所有定量數(shù)據(jù)均表示為平均值± SEM。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)示如下：*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001

（6）蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示AG-gel以C3為核心下調(diào)TBI后補(bǔ)體系統(tǒng)的激活

通過(guò)損傷區(qū)腦組織蛋白質(zhì)組學(xué)測(cè)序，作者聯(lián)合生物信息學(xué)分析，證實(shí)了AG-gel能夠顯著抑制TBI后補(bǔ)體激活，尤其是補(bǔ)體C3。

圖6 蛋白質(zhì)組學(xué)與TBI相關(guān)基因聯(lián)合分析鑒定AG-gel干預(yù)后的核心通路和DEPs（差異表達(dá)蛋白）。A）對(duì)干預(yù)后第3天收集的小鼠損傷部位周圍腦皮質(zhì)進(jìn)行TMT蛋白質(zhì)組學(xué)分析的示意圖(n = 3)。B) CCI組與Sham組蛋白質(zhì)水平的火山圖。右側(cè)圓圈內(nèi)的數(shù)值表示有 93個(gè)DEPs。C) AG-gel組與 CCI 組蛋白質(zhì)水平的火山圖。右側(cè)圓圈內(nèi)的數(shù)值表示有37個(gè)DEPs。D)顯示AG-gel干預(yù)組相對(duì)于CCI組的DEPs的維恩圖。虛線框突出顯示了總共37個(gè)交叉蛋白。E)對(duì)37個(gè)DEPs進(jìn)行的KEGG通路富集分析。F)不同組中富集在補(bǔ)體和凝血級(jí)聯(lián)通路中的13個(gè)DEPs表達(dá)模式的熱圖可視化，每組包含三個(gè)樣本。G)從四個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建TBI相關(guān)基因集，并與蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果整合以鑒定交叉基因。具體而言，突出了2999個(gè)TBI相關(guān)基因與13個(gè)DEPs的交集。H)七個(gè)DEPs的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò)分析。I)基于獨(dú)特肽段的七個(gè)DEPs排序。數(shù)值代表相應(yīng)獨(dú)特肽段的數(shù)量，圓圈的大小對(duì)應(yīng)這些數(shù)值

(7) AG-gel通過(guò)減少外周C3浸潤(rùn)并直接結(jié)合C3實(shí)現(xiàn)雙重C3抑制

進(jìn)一步通過(guò)檢測(cè)血腦屏障相關(guān)指標(biāo)、外源性及內(nèi)源性C3表達(dá)水平，驗(yàn)證了AG-gel能夠顯著抑制C3表達(dá)。通過(guò)分子對(duì)接、SPR技術(shù)更進(jìn)一步證實(shí)了AG-gel與C3直接結(jié)合能力。

圖7 AG-gel通過(guò)雙重機(jī)制減弱腦內(nèi)C3表達(dá)。A)示意圖說(shuō)明AG-gel的雙重機(jī)制：1)保護(hù)血腦屏障(BBB)完整性以限制外周C3浸潤(rùn)，和2)在損傷區(qū)域直接結(jié)合C3以實(shí)現(xiàn)局部抑制。B)實(shí)驗(yàn)組（Sham, CCI, AG-gel）的免疫球蛋白G (IgG)免疫染色。右側(cè)面板顯示損傷區(qū)域的高倍放大視圖。星號(hào)表示同側(cè)損傷側(cè)。C)大腦中平均IgG積分密度的定量分析(n = 4)。D) Sham、CCI和AG-gel組血清中樞神經(jīng)系統(tǒng)特異性蛋白β (S100β)濃度的定量分析 (n = 7)。E) Sham、CCI和AG-gel組血清神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)濃度的定量分析 (n = 7)。F)苦杏仁苷/甘草酸分別與人源和小鼠源C3的分子對(duì)接。G) Sham、CCI和AG-gel組血清（右）和皮質(zhì)（左）C3濃度的定量分析(n = 7)。所有定量數(shù)據(jù)均表示為平均值±SEM。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性標(biāo)示如下：***p < 0.001

（8）AG-gel的體內(nèi)和體外生物安全性評(píng)估

AG-gel 300 μg 劑量低于文獻(xiàn)安全上限。小鼠體重曲線無(wú)異常。主要器官H&E切片未見(jiàn)病理改變（圖 8A、B）；血清 ALB、ALT、AST、TBIL、UREA、CREA、BUN 與 Sham 組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖 8C–H、S9）。溶血率<5%（圖8I）。BV2 細(xì)胞與300 μg mL?1 AG-gel 共培養(yǎng)72 h，存活率仍>80%（圖S10）。

圖8 AG-gel的體內(nèi)和體外生物安全性評(píng)估。A)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖。B) TBI后第3天各器官（心、肝、脾、肺、腎、腸、睪丸）的H&E染色代表性圖像。C–F) TBI后第3天測(cè)量的肝功能指標(biāo)，包括ALB（白蛋白）、ALT（丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶）、AST（天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶）和 TBIL（總膽紅素）(n = 5)。G,H) TBI后第3天評(píng)估的腎功能指標(biāo) UREA（尿素）和CREA（肌酐）(n = 5)。I) AG-gel的溶血試驗(yàn) (n = 6)。插圖放大了AG-gel組溶血率的數(shù)值分布。隨附照片說(shuō)明了不同實(shí)驗(yàn)組的溶血狀態(tài)。ns =無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著差異