Metabolic Nanoregulator Remodels Gut Microenvironment for Treatment of Inflammatory Bowel Disease

炎症性肠病 活性氧 炎症 溃疡性结肠炎 肠道菌群 新陈代谢 氧化应激 疾病 平衡 化学 结肠炎 医学 细胞生物学 生物 免疫学 生物化学 病理
作者
Tan Xu,Xi-Jing Ning,Jiayan Wu,Qian Wang,Zhifei Wang,Zhiqing Chen,Xiaoxian Tang,Peirong Bai,Kanyi Pu,Liping Li,Ruiping Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (9): 7123-7135
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c11496
摘要

Inflammatory bowel disease (IBD) is strongly related to the occurrence of accumulation of toxic reactive oxygen species (ROS), inflammation of the mucosa, and an imbalance of intestinal microbes. However, current treatments largely focus on a single factor, yielding unsatisfactory clinical outcomes. Herein, we report a biocompatible and IBD-targeted metabolic nanoregulator (TMNR) that synergistically regulates cellular and bacterial metabolism. The TMNR comprises a melanin-gallium complex (MNR) encapsulated within a thermosensitive and colitis-targeting hydrogel, all composed of natural and FDA-approved components. The TMNR confers superior broad-spectrum antioxidant properties, effectively scavenging reactive oxygen species (ROS) and blocking inflammatory signaling pathways. The presence of Ga3+ in TMNR selectively disrupts iron metabolism in pathogenic microorganisms due to its structural resemblance to the iron atom. Additionally, incorporating a thermosensitive injectable hydrogel enables targeted delivery of TMNR to inflammatory regions, prolonging their retention time and providing a physical barrier function for optimizing IBD treatment efficacy. Collectively, TMNR effectively modulates the redox balance of inflamed colonic epithelial tissue and disrupts iron metabolism in pathogenic microorganisms, thereby eliminating inflammation and restoring intestinal homeostasis against IBD. Hence, this work presents a comprehensive approach for precise spatiotemporal regulation of the intestinal microenvironmental metabolism for IBD treatment.
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