幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)是一种常见的定植于胃粘膜且具有感染性的革兰氏阴性菌。因其具有极强的耐酸性、粘附性、驱动性和致病性,使其可以长期潜伏于胃内并导致全球至少一半的人口感染。据研究报道,H.pylori感染已成为引起胃粘膜炎症、消化性溃疡和胃癌等胃部疾病的重要原因。目前,针对H.pylori感染引起的相关疾病的治疗,临床主要采用三联疗法(质子泵抑制剂(Proton pump inhibitor,PPI)/铋剂+两种抗生素)或四联疗法(PPI+铋剂+两种抗生素)。虽然上述疗法对H.pylori的清除率可以达到90%以上,但是其仍存在以下缺点:1、药物不能有效地穿透胃粘液层(50-300μm),并且定期的胃排空以及粘液层的不断更迭使得药物无法长时间在胃内滞留,造成药物的蓄积浓度低难以达到杀死H.pylori的作用,从而导致治愈率低以及愈后复发率高。2、难以有效解决生物膜和菌株变异引起的耐药性问题。3、无法有效缓解H.pylori感染引起的过度的炎症反应和氧化应激介导的胃粘膜损伤。4、抗生素缺乏靶向性,易引起肠道菌群紊乱等副作用。5、抗生素疗法无法实现H.pylori的有效预防。鉴于此,开发将多种功能模式整合到单个治疗平台以实现H.pylori感染的非抗生素疗法具有重要的意义。纳米催化疗法,作为一种新兴的利用纳米催化剂在体内启动催化反应,以治疗各种疾病的方法而被广泛关注。其中,金属纳米催化剂因其优异的生物安全性、稳定性以及模拟天然酶的生物催化活性在抗肿瘤、抗菌、抗炎和抗氧化等医学领域表现出巨大的应用潜力。然而,由于H.pylori感染部位复杂的生理embryonic culture media和病理微环境,使得单纯的金属纳米催化剂难以发挥高效的生物催化功能,具体表现在:Ⅰ、缺乏胃内滞留和炎症靶向性;Ⅱ、较弱的粘液穿透性;Ⅲ、易被免疫清除。因此,构建基于金属纳米催化剂的多功能复合材料对于H.pylori感染的精准、有效和安全治疗和预防具有重要的研究意义。在本论文中,我们以H.pylori感染部位复杂的微环境为背景,以金属纳米催化剂为基底,通过将其与金属有机框架、水凝胶、治疗性气体和益生菌等材料有机结合,构建出了一系列炎症微环境响应型的多功能复合材料,并对材料的各种理化性能和动物体内行为进行了系统研究。该研究的开展拓宽了纳米催化疗法在H.pylori感染疾病预防和治疗中的应用。论文主要内容概括如下:第一章:1、综述了H.pylori的生理特性、致病机制和检测方法,着重概述了国内外对H.pylori感染的研究和治疗进展。2、介绍了纳米催化疗法和纳米催化剂的研究进展以及在生物医学领域的应用。3、重点阐明本论文研究的选题依据和主要研究内容。第二章:我们首先合成了一种金属钯(Palladium,Pd)纳米催化剂,并将其原位封装在沸石咪唑金属有机框架(Zeolite imidazole metal-orFulvestrant小鼠ganic framework,ZIF-8)中形成Pd@ZIF-8纳米粒子,随后将治疗性气体-氢气(Hydrogen,H_2),通过ZIF-8的孔隙结构引入到Pd纳米催化剂的晶格间隙中,形成Pd(H)@ZIF-8纳米粒子;最后将其与带负电荷的抗坏血酸棕榈酸酯(Ascorbyl palmitate,AP)水凝胶自组装形成Pd(H)@ZIF-8@AP治疗平台。体外和体内实验结果显示Pd(H)@ZIF-8@AP能够通过电荷作用靶向并滞留在带正电荷的炎症部位,并被炎症部位增多的基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase,MMP)水解,从而实现了Pd(H)@ZIF-8纳米粒子的胃内炎症靶向递送和原位释放。释放的Pd(H)@ZIF-8纳米粒子进一步被胃酸分解产生锌离子(Zinc ion,Zn~(2+)),同时Pd纳米催化剂催化H_2产生强还原性的活性氢,从而有效地清除H.pylori,且不易产生耐药性。最后,活性氢通过调控炎症因子的表达抑制过度的炎症反应并清除过多的氧自由基,以减轻氧化应激引起的胃粘膜上皮细胞凋亡。同时,上调胃粘膜修复蛋白的表达,修复受损的胃粘膜。值得一提的是,这种多功能的纳米催化平台不会对肠道菌群的稳态产生明显的影响,为H.pylori感染的非抗生素治疗提供了一种有前途的策略。第三章:上一工作主要针对胃粘液浅层游离的H.pylori进行清除,无法有效突破胃粘液屏障以高效地杀死H.pylori,并且难以发挥预防selleck ABT-199H.pylori定植和调节肠道菌群的作用。鉴于此,我们将具有多酶活性的半胱氨酸修饰的铱(Iridium,Ir)纳米粒子(Ir C NPs)和粘附性聚合物氨基-聚乙二醇-马来酰亚胺(Amino-polyethylene glycol-maleimide,NH_2-PEG-NHS)分别通过二硫键和酰胺键接枝在鼠李糖乳杆菌GG(Lactobacillus rhamnosus GG,LGG)表面,从而制备出一种多功能的工程化益生菌(LGG@Ir C/NH_2-PEG-NHS,LIP)。其具有以下三种优势:1、具有粘液穿透和粘膜粘附作用。LIP能够顺利的穿透粘液层,通过非共价(疏水作用和自凝聚作用)和共价(硫醚键和氢键)作用力长时间粘附于胃粘膜上皮细胞表面。2、多效抗菌作用。一方面,LIP通过竞争粘附作用以及上调粘蛋白和热休克蛋白70(Heat shock protein 70,HSP 70)的表达阻碍H.pylori的定植,从而实现H.pylori的有效预防。另一方面,H.pylori感染后导致粘液层受损,从而引起胃粘膜表面pH降低,粘附于胃粘膜的LIP响应低pH,表现出优异的过氧化物酶(Peroxidase,POD)、氧化酶(Oxidase,OXD)活性,产生的氧自由基和细菌素可以有效地杀灭H.pylori和清除细菌生物膜且不会产生耐药性。3、抗炎和抗氧化应激作用。LIP展现出的宽pH范围内的过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性不仅可以减轻核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)p65信号通路介导的炎症反应,而且可以通过抑制中性粒细胞和巨噬细胞的募集,下调烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2,NOX2)的表达,减少活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的产生,阻碍正常的胃粘膜上皮细胞凋亡,从而减轻氧化应激引起的胃粘膜损伤。4、具有肠道菌群调节作用。LIP可以通过增加肠道菌群的丰富度和多样性维持肠道稳态,减少肠道疾病的发生。