氢医学领域取得一系列研究进展

上海交通大学氢科学中心在“氢能源、氢医学和氢农学”三个研究方向上携手并进、协同发展。氢气既是一种清洁绿色能源，又是一种被证实的、安全且有效的医用气体，在炎症相关疾病展现出明显的抗炎效应，还是一种清洁高效的农用气体，在农作物抗逆、增产、保鲜等方面具有显着的生物学效应。氢能源、氢医学和氢农学存在共性科学问题：氢分子的高效存储、安全递送、可控释放、有效利用。受到氢能源的启发，何前军（兼职）教授团队将氢能源和催化的手段运用在氢医学和氢农学，在2021年取得了一系列新进展。

首先，针对氢气可控释放难题，开发了一种Z型结构SnS1.68-WO2.41纳米催化剂和钾/碳共掺杂氮化碳催化剂（如图），实现了肿瘤内原位近红外光催化产氢以抑制癌细胞能量代谢，同时利用产生的空穴原位氧化肿瘤内过度表达的GSH以破坏肿瘤抗氧化防御系统，从而通过“氢气-空穴联合疗法”有效地捣毁了肿瘤微环境，达到了高效抗癌的作用。该研究率先提出了一种“氢气-空穴联合疗法”。不同于常规的气体前药担载策略，催化产气策略完全避免了在其它部位产生气体。相比于常规的光催化产氢材料，开发的近红外光催化产氢纳米材料不需要携带任何牺牲剂，能够源源不断地、可持续地、可控高效产氢。该工作发表在国际著名期刊《自然·通讯》和《先进材料》：Photocatalysis-mediated drug-free sustainable cancer therapy using nanocatalyst， Nature Communications， 2021， 12， 1345。

其次，针对氢气高效缓释难题，使用空心介孔二氧化硅纳米颗粒装载氨硼烷，构建了一种氢纳米胶囊，实现了氢的高效运载和酸控长效释放。将其以口服药物的形式运用在代谢紊乱中，发现氢纳米胶囊在肠胃道长效缓释的氢分子能够有效调节肠道菌群（如AKK菌群），从而通过“肠？肝轴”改善糖代谢和脂质代谢，有效改善了糖尿病、脂肪肝和肥胖（如下图）。将氢纳米缓释胶囊以肥料的形式运用在氢农学中，发现其通过渗透进入植物根系长效释放氢分子，诱导了植物侧根生长，并揭示了缓释氢分子通过调控一氧化氮来诱导侧根生长的机制（如下图）。该工作发表在国际著名期刊《生物材料》和《化学工程杂志》。(生物谷Bioon.com）