基于将清洁氢能源和绿色催化的理念引入生物医学领域,设计产氢纳米材料用于治疗重大疾病有着开拓性的研究价值。氢气作为一种具有较高生物安全性的内源性信号分子,被证明是一种还原性稳态调节剂,对炎症和氧化应激相关的诸多疾病都展现出一定的疗效。然而,由于氢气的低溶解度和易扩散性,常规给药方式(直接吸入氢气、注射或饮用富氢水)很难使氢气分子有效到达并大量蓄积在深层病灶组织,而导致治疗效果有限。如何实现氢的有效存储、靶向递送和控制释放对提高氢治疗效果具有重要科学研究意义,但是目前仍然充满挑战。本论文创新性提出了纳米材料辅助气体治疗的策略,借助纳米材料的功能特性解决气体治疗方面的问题:借助氢化钯纳米材料在稳定储氢、自催化还原、近红外(NIR)光吸收和光热转换效应等方面的优异性能,开发了一种新颖的氢化钯纳米药物,并探索了其在光声成像引导的肿瘤靶向协同氢热联合治疗、阿尔兹海默症(AD)的高效氢治疗、以及生物抗菌领域的生物效应和作用机制。具体研究内容主要包括以下三个部分:1.设计合成了一种新型氢化钯(PdH)纳米材料,提出了利用近红外光局部控制氢气的释放并有效产热的治疗手段,实现了光热成像/光声成像引导的癌症氢热联合治疗。通过体外模拟体液和细胞水平研究揭示了氢化钯纳米颗粒具有近红外光控的氢释放行为和近红外光增强的自催化生物还原能力,对肿瘤细胞展现出选择性杀伤能力;通过活体动物水平研究证明了氢化钯纳米颗粒具有很好的体内光热和光声成像效果,并实现了对多种肿瘤模型的高效、低毒治疗。2.运用小尺寸的氢化钯纳米材料作为氢的高效载体,实现了在AD脑部原位持续释放高还原性氢,选择性清除了AD脑中高细胞毒性的?OH。体外细胞实验结果表明:PdH通过清除?OH,进一步有效的抑制了APP和BACE1的过度表达,并因此减少了AD脑中Aβ的过度生成,从而阻断了AD的进展。经过PdH治疗的AD小鼠,其行为能力和认知障碍都得到了显著改善。3.将具有近红外光控释氢的氢化钯纳米颗粒用于氢热协同的抗菌治疗研究。结果显示氢气在杀灭细菌,根除细菌生物膜和细菌感染伤口愈合等方面有很好的效果,而且氢热联合作用可显著增强其抗菌功效。