纳米氧化铈Ce3+/Ce4+调控及其对胰岛β细胞保护研究

Diabetes is a huge threat to the health of people in modern times, oxidative stress plays a key role in the occurrence and development of diabetes. The overproduction of reactive oxygen species(ROS) and the reduced antioxidation ability is an important pathological mechanism of diabetes. Nanoceria is known to exhibit ROS scavenging activity by reversibly binding oxygen and shifting between the Ce3+and Ce4+ formed at the particle surface, so nanoceria may have potential application in the cure of diabetes resulting from oxidative stress. This project is aimed at improving biocompatibility and bio-antioxidation of ceria through various synthesis and surface modification. By means of selecting typical model in vitro and vivo, we want to study the mechanism of how nanoceria inhibiting Islet beta cell apoptosis as an antioxidant. We expect to find the most important factors that effect the antioxidation ability of nanoceria. For research on the pharmacokinetics of nanoceria, dose measurement method and biosecurity evaluation are very important, and we hope this research will provide strong foundation for the biological application of nanoceria.

糖尿病是困扰现代人健康的一个世界性顽疾，它的发生与氧化应激密切相关，机体内活性氧自由基的产生及增加和抗氧化能力减弱是其发生和发展的重要病理机制之一。CeO2纳米材料中的Ce3+和Ce4+能够可逆的转化，这一性质使得纳米CeO2能够催化分解生物体内的过量活性氧自由基，因而二氧化铈可能对氧化应激导致的糖尿病有潜在的治疗作用。本项目以提高CeO2纳米材料的生物安全性、增强其生物抗氧化功能为目标，利用不同方法合成CeO2纳米材料并调控其中Ce3+/Ce4+比例,选取体外和体内实验模型，研究纳米CeO2对胰岛β细胞的保护，探索CeO2纳米颗粒的抗氧化机理以及影响其抗氧化能力的关键因素。并研究CeO2纳米材料的药代动力学，确定合适的剂量计量，评估其生物安全性，为它的生物应用提供基础。

糖尿病是困扰现代人健康的一个世界性顽疾，随着全球老龄化人口的增多、生活方式城市化以及肥胖人口的增加及运动减少，糖尿病在全球的发病率也在逐年攀升，糖尿病已经成为威胁全球人类健康的第三大疾病。糖尿病的发生与氧化应激密切相关，机体内活性氧自由基的产生及增加和抗氧化能力减弱是其发生和发展的重要病理机制之一。CeO2纳米材料中的Ce3+和Ce4+能够可逆的转化，使得纳米CeO2能够催化分解生物体内的过量活性氧自由基，可能对氧化应激导致的糖尿病有潜在的治疗作用。本项目以提高CeO2纳米材料的生物安全性、增强其生物抗氧化功能为目标，通过调控CeO2中Ce3+/Ce4+比例、表面包覆壳聚糖、将稀土氟化物/贵金属纳米颗粒与CeO2纳米颗粒进行复合等方法合成纳米CeO2材料及CeO2基纳米复合材料。选取体外和体内实验模型，研究纳米CeO2材料对胰岛β细胞的保护、对2型糖尿病大鼠胰腺的作用机制，影响其抗氧化能力的关键因素及壳聚糖包覆的纳米CeO2促进大鼠创面愈合效果及机制；探索将光、磁等示踪技术复合在CeO2纳米材料体系中并构建基于CeO2纳米材料的诊疗一体化平台、利用基于铂/氧化铈纳米复合材料的酶联免疫吸附测定法对血清中免疫球蛋白浓度进行检测；探究CeO2纳米材料的药代动力学，确定合适的剂量，评估其生物安全性，为它的生物应用提供基础。研究发现CeO2的抗氧化能力取决于与过氧物种配位的Ce位点的氧化还原能力，且在CeO2的循环催化H2O2分解过程中，Ce3+的再生能力是其抗氧化反应的关键步骤，通过Gd3+掺杂可以提高其抗氧化活性。此外，我们还发现CeO2纳米材料表现出良好的生物相容性，能够降低INS-1细胞内活性氧物种的量，提高细胞活性，且对糖尿病大鼠胰岛组织具有保护作用；经过壳聚糖包覆后，纳米氧化铈可以有效促进正常及糖尿病大鼠创面愈合。该项目为CeO2纳米材料在生物医学领域中的潜在应用打好基础，不仅是基础科学研究的需要，也符合我国稀土产业发展需求。