脊髓损伤(SCI)是一种严重的中枢神经系统疾病,通常由外伤、炎症或血流阻断引起,在治疗方面存在极大挑战。SCI可分为原发性损伤和继发性损伤,原发性损伤往往是由于外力直接作用于脊髓组织,致使神经元和胶质细胞受损。而继发性损伤涉及一系列复杂的病理过程,像炎症反应、缺血、兴奋性毒性及氧化应激等,其中氧化应激的过度激活被认为是SCI二次损伤的关键因素。过量的活性氧(ROS)会攻击细胞膜、蛋白质和DNA,诱导神经元凋亡,造成髓鞘损伤,阻碍脊髓组织的修复。因此,如何有效抑制SCI后的氧化应激,同时促进神经再生和髓鞘修复,是SCI治疗研究的核心问题。
近年来,纳米酶作为一种人工仿生酶,在SCI治疗中展现了独特优势。纳米酶不仅具有与天然酶类似的催化活性,还表现出更高的稳定性和生物相容性。其中,铈氧化物纳米颗粒(CeO₂ NPs)因其具有类似超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,能够有效清除过量的ROS,缓解氧化损伤,已成为SCI纳米治疗研究的热点。然而,目前多数抗氧化纳米酶仅能被动清除ROS,无法对SCI部位的氧化应激状态进行动态监测,这限制了其精准治疗的能力。因此,构建一种能够同时实时监测氧化应激水平并高效清除ROS的智能纳米酶,是提升SCI治疗效果的关键所在。
在该研究中,研究团队提出了一种创新性的“同时紧急治疗与动态荧光评估(SETLSA)”策略,基于铈掺杂的上转换抗氧化纳米酶(Ce@UCNP-BCH),用于SCI的精准治疗。Ce@UCNP-BCH不仅能高效清除SCI部位的ROS,还能通过比率荧光信号(I650/I690)动态监测局部氧化状态,提供实时调控依据。此外,研究团队结合单细胞ATAC测序(snATAC-seq)和单细胞RNA测序(snRNA-seq),揭示了SCI修复过程中细胞群体的异质性及其分子机制,并深入解析了髓鞘再生和神经元存活的关键基因调控网络。该研究不仅为SCI的纳米治疗提供了新的思路,也为神经损伤的精准医学研究提供了重要的理论支持和技术手段。