Zn-Fe primary battery-enabled controlled hydrogen release in stomach for improving insulin resistance in obesity-associated type 2 diabetes

2型糖尿病 胰岛素抵抗 胃排空 脂联素 内科学 生物利用度 糖尿病 炎症 化学 药理学 体内 内分泌学 胰岛素 材料科学 医学 生物 生物技术
作者
Boyan Liu,Peixun Lv,Xiaoyi Zhang,Chao Xia,Xinru Liu,Jingyu Liu,Junli Xue,Qianjun He,Shucun Qin
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier]
卷期号:33: 242-250 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2023.11.003
摘要

Chronic systemic inflammation in obesity-associated type 2 diabetes (T2D) is a key inducing factor of insulin resistance (IR). Hydrogen molecule (H2) has been proved to be a safe and effective anti-inflammatory agent, but conventional H2 administration methods cannot provide a high dosage and a long duration of H2 treatment in IR-related tissues and thus lead to limited therapeutic efficacies. We here propose a new strategy of controlled H2 release to match the time window of gastric emptying for maximizing the bioavailability and therapeutic outcome of H2. This work enhances the hydrolysis rate of Zn by constructing a Zn-Fe primary-battery micro-/nano-structure, and the H2-releasing rate is adjusted by tuning the ratio of Zn to Fe. The Zn-Fe micro-/nano-structure is orally administrated once daily to alleviate obesity-associated T2D in a leptin-deficient (ob/ob) mouse model. The H2 generation time of the Zn-Fe primary-battery micro-/nano-structure with the Fe/Zn ratio of 1:100 in gastric acid is about 3 h, just matching with the time window of gastric emptying in mice. In vivo monitoring results show that H2 generated by Zn-Fe micro-/nano-structure in stomach can effectively accumulate in major IR-sited tissues including liver, adipose tissue, and skeletal muscle at a high dose for a relatively long time compared to H2-rich water drinking. Oral administration of Zn-Fe micro-/nano-structure at 200 mg/kg body weight has realized an efficient IR improvement and remarkably ameliorated systemic inflammation in ob/ob mice. In addition, a high-dose administration of Zn-Fe shows no visible toxicity in mice. This work provides a new strategy to maximize the outcome of hydrogen therapy.
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