天工大陈莉/何洋团队 CEJ 系列进展：面向并发症治疗的高性能MXene基血液透析膜

2024-03-22 来源：高分子科技

血液透析已成为肾脏病终末期患者的主要肾脏替代治疗措施。血液透析膜作为人工肾的核心部件，在自抗凝方面已取得了长足的进步。然而，长期透析引起的氧化应激损伤和腕管综合征等并发症严重影响着患者的预后效果，导致患者的远期生存率始终没有得到有效的延续，对医疗保障体系和民生福祉造成了沉重的负担。因此，开发具备干预并发症功能的血液透析膜具有重要的科学价值和社会价值。

图1. MXene基血液透析膜的制备：（a）Nb₂CT_x MXene；（b）Ti₃C₂T_x MXene

近期，天津工业大学陈莉/何洋团队与威高血液净化公司通过Marangoni效应或层层自组装技术分别构筑了具有二维层状通道的MXene基血液透析膜，赋予了透析膜干预氧化应激和高效清除中分子毒素的功能（图1），相关成果发表在Chemical Engineering Journal 2024，485，150047和Chemical Engineering Journal 2024，486，150365，通讯作者为何洋和陈莉教授。在该系列研究中，以聚偏氟乙烯（PVDF）膜为基膜，利用Marangoni效应和范德华力将具有丰富活性位点和较强抗氧化活性的Nb₂CT_x MXene自发地沉积在基膜表面，系统地研究了Nb₂CT_x MXene的抗氧化能力和细胞内抗氧化酶活性的调节能力。结果表明，Nb₂CT_x MXene透析膜能迅速清除活性氧自由基（ROS），保护内源性抗氧化酶，有效抑制细胞内氧化损伤，并且可以有效清除中小分子毒素，防止体内毒素蓄积（图2）。为进一步提高生物相容性及MXene层状通道的稳定性，通过层层自组装在PVDF膜表面交替沉积了抗氧化功能的植物多酚没食子酸（GA）和磺化Ti₃C₂T_x MXene，并实现了对Ti₃C₂T_x MXene间距的精确调控，显著抑制了MXene纳米片的溶胀情况。进一步通过剖析ROS、血液、氧化应激产物与心肌细胞/血管内皮细胞细胞等不同研究层面对氧化应激损伤的作用规律，建立了MXene基血液透析膜对氧化应激干预效果的评价体系。同时，MXene基透析膜对血管硬化的生物标志物晚期糖基化终末产物展现了显著的阻滞作用，具有改善终末期肾脏病患者并发心脑血管疾病的临床治疗前景。

图2. 血液透析膜的抗氧化活性及ROS/RNS清除机制

此外，通过流体力学手段模拟中、小分子毒素的传输行为，发现中分子毒素在MXene层状通道传输过程中透析路径较短，导致MXene基血液透析膜的中分子毒素清除率与小分子毒素的清除率基本相同，均能达到80%以上，显著高于现有血液透析膜的中分子毒素清除率（图3）。这一高效透析性能能够明显提高β2-微球蛋白的透析清除效果，缓解在腕关节处的沉积程度，有望改善腕管综合征的发病情况。

图3. 中分子毒素（a）和小分子毒素（b）在MXene膜中的传输途径

上述研究成果揭示了MXene层状通道-氧化应激干预-血液透析膜性能之间的相互关系，赋予了MXene基血液透析膜优异的透析性能和良好的生物相容性，为制备具有并发症治疗的透析膜功能设计、血液透析膜材料合成与改性提供了系统、充分的理论指导和科学依据。该系列研究得到了国家自然科学基金委员会、天津市科技局和和天津工业大学沧州研究院的支持，并获得中国发明专利授权两项。

原文链接：

1. Nb₂CT_x MXene coating with inhibition of oxidative stress prepared by Marangoni effect for hemodialysis therapy,

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150047

2. Inhibiting advanced glycation end products (AGEs) of high-performance hemodialysis membranes self-assembled by gallic acid and Ti₃C₂T_x MXene,

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150365

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（责任编辑：xu）

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