聚多巴胺基納米材料的結構和抗氧化性能調控及其應用研究進展

葉自強，毛崢偉

(1. 教育部高分子合成與功能構造重點實驗室，浙江 杭州 310027) (2. 浙江大學高分子科學與工程系，浙江 杭州 310027)

1 前 言

活性氧(reactive oxygen species, ROS)是一個分子家族，包括過氧化氫(H2O2)、羥基自由基(OH·)、單線態(tài)氧(1O2)、超氧化物(O2·-)等氧化劑分子。作為有氧代謝的副產物，ROS在所有生物體中不斷產生、轉化和消耗[1-3]。在特定范圍內，ROS的產生對生物體內的代謝平衡至關重要。但是ROS在過度產生時會誘發(fā)一系列炎癥反應，從而導致一系列急性和慢性疾病[4]。當炎癥性疾病發(fā)生時，人體自身的ROS清除系統(tǒng)無法防止ROS的過度產生。因此，開發(fā)具有抗氧化活性的外源性ROS清除劑對炎癥性疾病的治療具有重要意義。

到目前為止，已經有一些基于生物酶和納米酶的抗氧化納米材料被相繼開發(fā)，如負載超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和過氧化氫酶(catalase, CAT)的金屬-有機框架(metal-organic frameworks, MOFs)納米粒子、CeO2納米粒子、普魯士藍納米粒子等[5-8]。得益于它們優(yōu)秀的抗氧化活性，這些納米材料能有效維持細胞內氧化還原平衡并保護細胞免受氧化損傷，且比小分子抗炎藥物有更長的保留時間。但是這些人工合成的外源性納米材料往往引起潛在長期毒性方面的擔憂，限制了它們的臨床使用[9]。因此，天然來源的或具有優(yōu)秀生物相容性的抗氧化材料在過去的幾年中受到越來越多的關注。

黑色素是一種存在于動植物體內的生物聚合物，具有良好的生物相容性、生物降解性和出色的自由基清除能力，能有效地保護皮膚免受紫外線誘導的損傷[10-12]，也可用于治療炎癥性疾病[13, 14]。受黑色素啟發(fā)，有著類似結構的聚多巴胺(polydopamine, PDA)基納米材料被制備出來，并在生物成像、光熱治療(photothermal therapy, PTT)、藥物遞送、智能水凝膠等方面受到廣泛關注[15-18]。尤其是PDA基納米材料可清除細胞和組織中的多種自由基，因而有望應用在各種炎癥疾病的治療中[14, 19, 20]。

本綜述將介紹PDA基納米材料作為抗氧化劑的最新研究進展和挑戰(zhàn)。在第一部分，介紹PDA基納米材料的合成過程以及可能的抗氧化機制；第二部分，討論對PDA基納米材料抗氧化性能在物化參數(shù)范圍內的一些調節(jié)，方便為其功能的拓展提供指導；最后，總結近些年利用PDA基納米材料抗氧化性能在生物醫(yī)學領域的應用研究。希望本文能為PDA基納米材料在抗氧化方面的研究起到積極的推動作用，啟發(fā)更多基于PDA的抗氧化新材料的開發(fā)和應用。

2 聚多巴胺(PDA)的抗氧化機制

2.1 PDA的合成

材料的性質與其結構密切相關，對PDA抗氧化機理的探究通常涉及到多巴胺的聚合機理。盡管PDA被廣泛使用，但PDA形成背后的分子機制尚未得到充分研究。有報道提出，PDA的形成與黑色素的生物合成途徑有許多共同特征，主要是通過共價聚合來實現(xiàn)的[21]。如圖1所示，在聚合過程中，通過光照射等外部刺激，多巴胺的鄰苯二酚基團首先失去一個電子而變成多巴胺-半醌結構，之后，多巴胺-半醌自由基在分子間引發(fā)二聚化，形成兒茶酚-兒茶酚二聚體[22-24]，兒茶酚偶聯(lián)的機制已經被證實并應用到基于PDA的表面改性領域[25, 26]?；蛘?，多巴胺-半醌結構進一步氧化形成多巴胺-醌，然后通過1,4-邁克爾加成進行分子內環(huán)化，形成5,6-二羥基吲哚(DHI)。PDA中存在DHI的直接證據(jù)是過氧化氫降解PDA時產生的吡咯衍生物(吡咯-2,3-二羧酸和吡咯-2,3,5-三羧酸)[27]。最后，這些兒茶酚二聚體和DHI中間體相互發(fā)生交聯(lián)反應，形成穩(wěn)定的PDA共價主鏈結構，其中包含一組穩(wěn)定的四聚體[28]。除了共價聚合，整個聚合過程還包括許多非共價的分子間相互作用，包括離子相互作用、π-π相互作用、氫鍵等[29, 30]。聚合過程中的中間體能通過這些相互作用穩(wěn)定地結合在共價主鏈周圍，并最終和主鏈一同形成PDA。

圖1 聚多巴胺(PDA)的合成過程及分子間相互作用[24]Fig.1 Synthesis process and intermolecular interactions of polydopamine(PDA)[24]

2.2 PDA抗氧化的機制

2013年，D′Ischia課題組首次從構效關系角度探索了5,6-二羥基吲哚(DHI)黑色素和5,6-二羥基吲哚-2-羧酸(DHICA)黑色素的結構和自由基清除性能之間的關系[31]。他們發(fā)現(xiàn)后者相較于前者具有更好的自由基清除活性，這是因為DHICA黑色素額外的羧酸根能夠扭曲環(huán)間低聚角，導致低聚物堆疊困難，π電子發(fā)生離域，并誘導形成具有弱聚集相互作用的非平面微結構。與DHI黑色素相比，DHICA黑色素這種微弱的分子間聚集會使自由基更好地與之接觸。因此，PDA等黑色素類似物的自由基清除性質可能受其微結構內低聚物平面內電子離域程度的顯著影響[32]。另一方面，兒茶酚的氧化還原特性賦予了PDA清除各種自由基的能力，因為它既可以作為電子供體，也可以作為受體[33-35]。Gu等認為，PDA等多酚聚合物的ROS清除可分為2種途徑[36]：一種是基于H原子轉移的方法，其中兒茶酚(ROH)通過提供H原子來淬滅自由基(X·)；另一種方法基于電子轉移過程，兒茶酚通過電子轉移還原X·，產生的苯氧自由基繼續(xù)與第二個X·反應后形成穩(wěn)定的醌結構(如圖2a和2b)。此外，Shi課題組觀察到O2·-與PDA溶液混合時會產生大量氣泡，他們將其歸因于PDA中存在自由基，其可以作為去除超氧化物電子的催化中心。電子順磁共振(EPR)分析進一步證明了PDA的強自由基信號。之后，通過測量O2·-歧化反應中產生的OH-，他們推測PDA等黑色素類似物對O2·-的催化反應原理如圖2c所示[13]。值得注意的是，雖然PDA材料有效清除多種自由基的能力已經通過實驗得到證實，但由于其復雜的結構，全面而確切的清除機制仍然有待進一步闡明。

圖2 多酚的自由基清除機制(a, b)[36]和PDA對O2·-可能的催化反應機理(c)[13]Fig.2 Radical scavenging mechanism of polyphenols (a, b)[36] and possible catalytic reaction mechanism of PDA for O2·- (c)[13]

3 PDA抗氧化性能的調控

PDA的抗氧化性能與其物理化學參數(shù)密切相關。過去幾年里，關于PDA抗氧化性能調控的研究取得了較大的進展，本節(jié)將簡要總結這些團隊研究的調控策略。

3.1 粒徑調控

據(jù)報道，PDA的粒徑是影響其抗氧化活性的主要原因之一[12]。PDA的抗氧化活性歸因于其兒茶酚基團部分的電子轉移，而且PDA的表面改性并沒有影響其自由基清除活性。同時，PDA的抗氧化活性呈現(xiàn)出粒徑大小的依賴性，即隨著PDA尺寸的減小，其抗氧化活性顯著提高，這可能是由于粒子尺寸減小導致PDA的比表面積更大，兒茶酚基團的密度更高。因此，可以合理推測超小粒徑的PDA納米粒子會有優(yōu)秀的抗氧化性能。

到目前為止，PDA的粒徑已經可以通過調節(jié)實驗參數(shù)進行調控。例如，多巴胺單體濃度、水和醇的比例可以通過影響多巴胺的聚合速率，從而控制PDA的粒徑大小以及形態(tài)；溫度、攪拌速率和氧氣供應也可能通過影響聚合速率和相分離過程，控制PDA球體的粒徑分布和形貌[37]；溶劑的極性或混合溶劑中的有機組分含量，可通過影響多巴胺聚合過程中單體的擴散過程來間接影響PDA的最終粒徑；此外，堿的濃度對PDA粒子的形態(tài)和產量沒有明顯影響，但對PDA粒徑大小有顯著影響[38]。值得注意的是，PDA聚合過程中的不同添加劑也會顯著影響PDA的粒徑。多巴胺的去質子化是多巴胺氧化的速率決定步驟，金屬離子的加入會加速聚合過程，最終形成更大尺寸的PDA金屬螯合納米粒子[39]。Wang等通過在多巴胺聚合過程中加入自由基清除劑或者是穩(wěn)定的自由基來控制自由基活性種的濃度，旨在通過在種子形成和納米粒子生長階段調整自由基來控制和調整PDA粒徑的分布。需要注意的是，這種調控會進一步影響PDA粒子的光熱活性或其它物理特性[40]。

3.2 微觀結構調控

PDA的多功能特性與其微觀結構高度相關[32, 41]。因此，調控PDA聚合的微觀結構也是一種控制PDA抗氧化和自由基清除活性的重要方法。2020年，Li課題組報道了一種通過在多巴胺聚合過程中摻雜堿性氨基酸(如精氨酸)來調節(jié)PDA抗氧化活性的簡單策略[41]。如圖3a和3b所示，摻雜的精氨酸可以通過邁克爾加成反應或席夫堿反應在多巴胺聚合過程中與許多中間體輕松反應，破壞PDA納米粒子致密的π-堆積微結構并形成弱聚集結構。這種微結構會讓PDA更容易接觸到自由基，從而產生更強的自由基清除作用。此外，實驗結果也證明，氨基酸摻雜的PDA納米粒子在體外和體內均表現(xiàn)出比常規(guī)PDA納米粒子更優(yōu)異的自由基清除能力和抗氧化作用。該項研究啟發(fā)我們，合理的結構改造可以調控聚合物的功能。隨著人們對PDA微觀結構了解得越來越深入，結構調控策略也會變得越來越重要。

圖3 PDA微觀結構層面抗氧化性能調控的策略[41]：(a) 傳統(tǒng)的PDA合成，(b) 氨基酸摻雜后的PDA合成Fig.3 Strategies for the regulation of antioxidant properties within the PDA microstructure[41]: (a) conventional PDA synthesis, (b) amino acid doped PDA synthesis

3.3 氧化還原程度調控

如前所述，PDA合成涉及諸如多巴胺單體向多巴胺-醌的氧化、分子內環(huán)化、吲哚衍生物形成以及兒茶酚之間的交聯(lián)反應等一系列復雜的氧化還原反應[22]。因此，PDA富含豐富的氧化還原基團。PDA的抗氧化能力在一定程度上也取決于聚合過程中氧化還原的程度。Liu課題組使用電化學逆向工程的方法證明了PDA具有氧化還原活性并且可以反復接受和提供電子(圖4)[35]，他們將PDA與還原劑(例如抗壞血酸、NADPH或GSH)孵育以制備還原態(tài)的PDA(PDA-red)，將PDA與空氣飽和的水孵育以制備氧化態(tài)的PDA(PDA-ox)。X射線光電子能譜(XPS)分析證明PDA-red擁有更多的兒茶酚部分，而PDA-ox則擁有更多兒茶酚氧化的醌部分。在1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)評估實驗中，PDA-red也被證明具有更高的自由基清除活性。大鼠皮下植入模型也證明PDA-red組比對照組和PDA-ox組有更好的抗炎效果。這項工作為研究和調控PDA抗氧化活性提供了新的思路。

圖4 PDA氧化還原程度的調控示意圖[35]Fig.4 Schematic diagram of the regulation of PDA redox degree[35]

4 PDA抗氧化性能的應用

炎癥是機體保護自身免受傷害的自然反應，在保護組織免受感染、創(chuàng)傷或其它原因對身體的進一步傷害方面起著至關重要的作用[36]。然而，過量的炎癥反應也會引起免疫系統(tǒng)攻擊機體自身的細胞或組織，進而導致炎癥性疾病。而ROS的局部過度產生往往是這類炎癥性疾病發(fā)生的關鍵標志[42]。PDA基納米材料因其良好的生物相容性和優(yōu)異的抗氧化活性，在治療這類炎癥性疾病方面有著天然的優(yōu)勢。表1總結了近幾年PDA基納米材料在炎癥性疾病治療領域的最新進展。

表1 PDA基納米材料的生物醫(yī)學應用Table 1 Biomedical applications of PDA-based nanomaterials

4.1 急性腹膜炎/急性肺損傷

急性腹膜炎/急性肺損傷(acute peritonitis/acute lung injury)是臨床上的常見事件，其特征是失調的中性粒細胞大量流入組織器官中并釋放蛋白酶、陽離子肽和ROS以加重組織損傷[46-48]。因此，通過清除ROS來預防組織損傷是臨床治療急性炎癥損傷的重要手段。Zhao等首次將PDA納米粒子用于治療急性炎癥誘導的損傷[19]。如圖5所示，他們通過一步法合成了均勻且單分散的PDA納米粒子。體外抗氧化活性測試證明PDA對H2O2的清除能力呈濃度依賴性。在體內實驗中，他們發(fā)現(xiàn)PDA納米粒子可以有效清除H2O2或脂多糖(LPS)誘導細胞產生的ROS，且能抑制LPS誘導的急性腹膜炎模型中的體內炎癥過程。在急性肺損傷(ALI)的小鼠模型中，PDA納米粒子可有效改善肺損傷，顯著減少肺中性粒細胞和淋巴細胞的滯留，并下調促炎細胞因子的水平。最后，他們強調，PDA納米粒子不僅可用于保護組織免受ROS損傷，還可用于改善失調的中性粒細胞引起的急性炎癥。

圖5 PDA納米粒子的合成及其抗氧化和抗炎性質[19]Fig.5 Synthesis of PDA nanoparticles and their antioxidant and anti-inflammatory properties[19]

4.2 牙周炎

牙周炎的發(fā)病機制是免疫細胞過度產生ROS，通過脂質過氧化、蛋白質變性或DNA損傷對牙周細胞造成不可逆的損傷[49]。如圖6所示，Bao等嘗試使用PDA納米粒子作為ROS清除劑，用于改變牙周微環(huán)境并減輕炎癥引起的病理過程[43]。他們利用光譜表征證明PDA納米粒子對多種ROS(H2O2、OH·、O2·-)均具有清除活性。體外實驗表明，PDA納米粒子可以保護人的牙齦上皮細胞免受氧化應激和炎癥反應，小鼠體內的牙周炎模型進一步證明齦下注射PDA納米粒子可以有效清除體內ROS并減少局部牙周炎癥。此外，他們重點研究了PDA在體內給藥后的長期毒性，結果表明，對照組和實驗組的動物行為和體重沒有發(fā)現(xiàn)明顯差異。在注射PDA納米粒子后24 h、30 d和60 d內，血清細胞因子(TNF-α、IFN-γ和IL-1β)水平均在正常值范圍內；同時也沒有改變丙氨酸氨基轉移酶(ALT)、天冬氨酸氨基轉移酶(AST)或堿性磷酸酶(ALP)的血清水平。最后，主要器官(心、肝、脾、肺、腎)的蘇木精和伊紅(H&E)染色分析表明，PDA納米粒子齦下注射后小鼠器官沒有發(fā)生形態(tài)學變化或炎癥跡象。所有的這些結果都表明，PDA納米粒子具有極低的全身毒性。

圖6 PDA納米粒子清除牙周炎示意圖[43]Fig.6 Schematic diagram of PDA nanoparticles for eradication of periodontitis[43]

4.3 骨關節(jié)炎(OA)

骨關節(jié)炎(osteoarthritis, OA)的發(fā)病機制是軟骨細胞中抗氧化機制失調而導致氧化應激增強[50]。最新的研究表明，活性氧(ROS)和活性氮(RNS)在OA的發(fā)展過程中起到關鍵作用，抑制軟骨細胞中ROS和RNS的方法有望治療OA。Zhao課題組首次嘗試使用PDA納米粒子作為OA治療的新型自由基清除劑[20]。其研究分別證明了PDA對過氧亞硝酸鹽、超氧化物和羥基自由基的清除活性。體外細胞實驗結果證明，PDA納米粒子通過激活自噬發(fā)揮抗炎和軟骨保護作用。自噬是OA發(fā)病機制的保護過程，消耗軟骨細胞中過多的ROS可增強自噬[51]。PDA納米粒子顯著提高了自噬標志物(包括LC3-II/LC3-I、ATG7和Beclin-1)在軟骨細胞中的表達，透射電鏡照片也顯示在PDA處理后的軟骨細胞中有大量自噬體。小鼠OA模型實驗中，PDA組的OA標志物MMP-13明顯比陽性染色組要少，ROS檢測探針結果也顯示PDA治療組的ROS和RNS水平較對照組顯著降低。這些結果都表明PDA納米粒子可以有效清除關節(jié)軟骨中的氧化應激，緩解OA的病理進展。

4.4 脊髓損傷(SCI)

中性粒細胞和單核細胞對受損脊髓細胞的浸潤是脊髓損傷(spinal cord injury, SCI)及其引起的繼發(fā)性損傷的主要特點[52-54]。激活的中性粒細胞、單核細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞產生大量活性氧和活性氮(RONS)，在受損脊髓中引起氧化應激，導致神經元死亡和脊髓損傷[55-58]。因此，調節(jié)脊髓的氧化微環(huán)境可以有效治療SCI。Wang課題組提出了一種納米誘餌策略，通過將減少中性粒細胞的早期浸潤和抗氧化治療結合來改善SCI后的功能恢復[45]。具體來說，他們將PDA作為中粒細胞膜囊泡(NMVs)包裹的核心，制備了中性粒細胞膜包覆的PDA納米粒子(NDs)，如圖7所示。利用NMVs作為細胞因子誘餌，中和多種類型的趨化因子和炎癥因子，從而中斷中性粒細胞的浸潤和活化。同時，PDA清除了神經元的細胞內RONS，保護神經元免受氧化損傷。在體外吸附炎癥因子和趨化因子的實驗中，對細胞活化狀態(tài)的分析結果顯示，活化因子(如TNF-α、IL-1β和IL-6)在細胞內的表達水平比預期低，表明NDs能有效吸附TNF-α、IL-1β和IL-6。此外，細胞內一氧化氮合酶(iNOS)在活化的單核細胞和小膠質細胞中的高表達在NDs治療組中也被顯著抑制。這些數(shù)據(jù)表明，NDs可以通過吸附炎癥介質來減少炎癥微環(huán)境中單核細胞、小膠質細胞和星形膠質細胞的活化。電子自旋共振(electron spin-resonance spectroscopy, ESR)光譜和2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS·+)測試進一步證明NDs保留了很強的自由基清除活性。之后，他們在體內實驗中評估了NDs對SCI后的早期階段和晚期組織損傷修復的能力，結果表明，NDs在SCI后的早期階段有效防止了炎癥和氧化微環(huán)境的惡化，晚期則抑制了膠質瘢痕的形成并促進了神經軸突再生。最后他們指出，通過調節(jié)炎癥和氧化環(huán)境，將NDs與細胞移植療法等治療方式相結合的策略在治療SCI方面具有廣闊的前景。

圖7 中性粒細胞膜包覆的PDA納米粒子(NDs)的制備示意圖[45]Fig.7 Schematic diagram of the preparation of neutrophil membrane-coated PDA nanoparticles (NDs)[45]

4.5 創(chuàng)面修復

糖尿病創(chuàng)面主要是由4個因素造成的：有缺陷的細胞遷移、功能低下的膠原蛋白沉積、長期的炎癥和不受調節(jié)的氧化應激[59-61]。巨噬細胞由于其多功能性而成為這一過程的關鍵調節(jié)劑[62]。巨噬細胞向M2表型極化的免疫調節(jié)促進了糖尿病創(chuàng)面從炎癥到增殖階段的轉變，已被證明是改善糖尿病傷口愈合的有效方法。例如，Mao課題組將PDA修飾的氧化石墨烯(GD)通過氫鍵和親疏水相互作用引入F127-EPL溶液中來合成GDFE(GO-PDA-F127-EPL)可注射水凝膠，所得水凝膠通過調節(jié)巨噬細胞的活化狀態(tài)來調節(jié)炎癥微環(huán)境，增強細胞增殖、肉芽組織形成、膠原蛋白沉積并促進糖尿病傷口的修復(圖8)[63]。GDFE水凝膠可以有效清除自由基并表現(xiàn)出較強的抗氧化性能，Mao等將其歸因于PDA中的兒茶酚容易被氧化成醌類，使得GDFE水凝膠具有很強的ROS捕獲能力。此外，他們研究了小鼠體外誘導Raw 264.7巨噬細胞極化為M2表型的能力。與對照組(M0巨噬細胞)相比，GDFE組巨噬細胞出現(xiàn)明顯的形態(tài)變化。免疫熒光染色進一步證明在GDFE組觀察到M2巨噬細胞表面標志物CD206的陽性染色。這些證據(jù)表明GDFE水凝膠可以有效激活巨噬細胞極化到M2表型。體內的糖尿病全層傷口模型中，GDFE組具有最低的M1標志物INOS2表達和最高的M2標志物ARG表達，證明巨噬細胞成功被GDFE水凝膠誘導為M2表型。最后他們強調，GDFE水凝膠通過抗炎、抗氧化、M2巨噬細胞極化和血管生成，在促進糖尿病傷口愈合方面表現(xiàn)出強大的能力，并在免疫調節(jié)相關的傷口治療中具有出色的潛力。

圖8 PDA修飾的氧化石墨烯水凝膠(GDFE)合成示意圖，可用于糖尿病傷口愈合和皮膚重建[63]：(a)PDA修飾的氧化石墨烯(GD)合成示意圖，(b)F127-EPL凝膠的合成示意圖，(c)GDFE水凝膠的制備、多功能特性和應用Fig.8 Schematic diagram of the synthesis of PDA-modified graphene oxide hydrogel (GDFE) for diabetic wound healing and skin reconstruction[63]: (a) schematic diagram of GD(GO-PDA) synthesis, (b) schematic diagram of the synthesis of the FE(F127-EPL) hydrogel, (c) preparation, multifunctional properties and applications of GDFE hydrogels

4.6 新型仿生氧載體

由于傳統(tǒng)輸血血源不足的問題和臨床使用的巨大需求，安全有效的人工氧載體成為人們關注的話題。血紅蛋白(Hb)是紅細胞內運輸氧的特殊蛋白質，被認為是理想的攜氧單位[64]?；谘t蛋白的氧載體，在過去幾十年里作為血液的替代品而廣為人知。然而，未修飾的血紅蛋白納米粒子作為氧載體的性能尚不能令人滿意，因為它循環(huán)時間短、穩(wěn)定性差，而且容易被氧化[65]。交聯(lián)、表面改性和封裝等方法已經用于血紅蛋白氧載體的改性[66-69]。遺憾的是，在臨床II期和III期實驗中還是發(fā)生了嚴重的不良反應[70, 71]。Zhou課題組利用PDA的粘附性和優(yōu)異的自由基清除能力和抗氧化活性，通過一步組裝合成了PDA包覆的血紅蛋白納米顆粒(Hb-PDA)[72]。體外自由基清除實驗中，Hb-PDA的自由基清除率達89%。血小板聚集和溶血實驗也進一步證明Hb-PDA納米顆粒對血液成分和細胞活性的影響很小。這些優(yōu)異的特性表明，PDA包覆的血紅蛋白在新型氧載體的發(fā)展中具有代表性和前景。

這類新型氧載體被Liu課題組進一步拓展并應用于腫瘤治療領域[73]。如圖9所示，他們設計了一種仿生紅細胞，并利用光動力療法(photodynamic therapy, PDT)來治療乏氧的腫瘤。具體來說，血紅蛋白(Hb)、PDA和光敏劑亞甲基藍(methylene blue, MB)被封裝在紅細胞膜囊泡中，以制備出這種具有攻擊性的紅細胞(AmmRBCs)。其中，PDA用來代替紅細胞內的天然抗氧化系統(tǒng)(如SOD和CAT)以防止血紅蛋白氧化。外層的紅細胞膜囊泡則可以提高生物相容性和實現(xiàn)體內長循環(huán)。體外氧化環(huán)境的耐受性實驗中，H2O2預處理后材料的溶解氧含量并未出現(xiàn)明顯變化，且與單獨的Hb組相比明顯提高。作者解釋為PDA作為抗氧化劑實現(xiàn)對H2O2清除，使Hb攜氧能力不受影響。體內實驗中，AmmRBC能夠在腫瘤部位富集，改善腫瘤部位乏氧狀況，提高PDT效果，從而殺死腫瘤。這項研究可以為生產濃縮紅細胞的人工替代品提供新的思路，以解決臨床中紅細胞短缺的問題。

圖9 AmmRBCs用于腫瘤治療的示意圖[73]：(a)AmmRBC的制備，(b)AmmRBCs在腫瘤部位積累并促進1O2生成以增強PDT，(c)AmmRBC中的PDA功能類似于RBC中的CAT和SOD，以保護Hb在循環(huán)過程中免受氧化損傷Fig.9 Schematic representation of AmmRBCs for tumor therapy[73]: (a) preparation of AmmRBCs, (b) AmmRBCs accumulate at tumor sites and promote 1O2 generation to enhance PDT, (c) PDA in AmmRBCs functions similarly to CAT and SOD in RBCs to protect Hb during circulation protection from oxidative damage

5 結 語

本綜述主要對近年來聚多巴胺(polydopamine, PDA)基納米材料在抗氧化方面的研究進展和應用方面進行了總結。近年來，PDA基納米材料自身良好的生物相容性以及優(yōu)異的自由基清除活性和抗氧化特性在越來越多的領域受到重視，比如在炎癥治療、傷口修復和仿生材料制造等領域。盡管這些成果令人興奮，但目前仍有許多挑戰(zhàn)需要克服。

首先，PDA較為復雜的合成過程及分子間的相互作用使其抗氧化機制不明確，受限于當前的科技水平，只能通過調節(jié)PDA合成過程中的部分物理化學參數(shù)來調控其抗氧化性能。其次，據(jù)報道，PDA在某些特定條件(如近紅外光照射)下能產生自由基[35]，但是，PDA清除還是產生自由基的決定性因素尚不清楚，自由基能否被PDA自身中和還有待進一步研究。此外，PDA雖然具有廣譜的抗氧化活性，但目前其抗氧化效率還比不上生物酶和納米酶[74]。因此在現(xiàn)階段對PDA抗氧化性能的調控還處于探索階段，需要更加有效的調控策略來增強PDA的抗氧化活性。

希望通過對PDA抗氧化的機制、抗氧化性能的調控和應用的介紹和總結，能給該領域的研究人員在設計下一代PDA抗氧化材料及探索相關應用時提供參考。