台清華大學：人工光合作用產氫治療疾病的思路

氫氣具有選擇性抗氧化作用，對各種炎症氧化損傷相關疾病具有治療作用。治療疾病損傷給氫氣的基本方式有許多種，直接給氫方式是通過氫氣吸入、氫水飲用或注射、濕敷沐浴等，間接給氫方式有通過金屬鎂或金屬氫化物甚至利用細菌代謝產生氫氣等。最近來自台灣清華大學的學者提出一種全新的給氫方法，是建立人工光合作用系統，在組織局部用光照產氫實現治療組織炎症的目的。最新研究論文發表在《美國化學學會雜誌》。

作者自認為這種思路的靈感來自自然界光合作用產生氫氣。讓我們先預習一下光合作用的定義吧。光合作用（Photosynthesis），即光能合成作用，是指含有葉綠體的綠色植物和某些細菌，在可見光照射下，經過光反應和碳反應（舊稱暗反應），利用光合色素，將二氧化碳和水轉化為有機物，並釋放出氧氣（或氫氣）的生化過程。同時也有將光能轉變為有機物中化學能的能量轉化過程。看到了吧，光合作用是植物的特徵代謝方式，也可以說植物產氫氣幾乎是天然特徵。我們在生物課上學習光合作用的時候往往把或氫氣自動刪除或視而不見。

利用植物光合作用產生氫氣的原理，在氫能源領域人們早就考慮到人工光合作用作為氫氣製備的方法，不過這些台灣學者看到氫氣的醫學效應，將人工光合作用產氫氣系統轉化為動物體內供氫氣的方式，研究這種方法是否能作為治療疾病的方法，確實是一個不錯的思路。

圖中所示，這種給氫氣方法對細胞（上）和組織（下）產生活性氧和炎症因子都有非常顯著的抑制作用。

研究中使用的人工光合作用系統是一種多組分納米反應器，組成成分包括葉綠素a、維生素C和納米金顆粒。這些成分封在一個脂質體內，光照時吸收光子可以合成氫氣，這種系統產生的氫氣具有抗炎症作用。這種系統具有快速產生氫氣的能力，可在組織局部按照需要產生可控氫氣高濃度，實現抗氧化和炎症的目的。研究證明，這種光合產氫系統能有效減少RAW264.7細胞活性氧和炎症因子的增加，對內毒素局部注射誘導的小鼠下肢組織炎症也具有同樣效果。組織學研究證明該系統減少炎症損傷作用顯著。研究結果表明，人工光合產氫系統是一種組織抗炎症抗氧化的理想工具，這種方法的應用潛力巨大。

氫思語點評：歡迎從事材料的學者參與氫氣醫學研究，這種思路和去年深圳先進科學院用納米氣泡給氫氣類似，而且更進了一步。這種利用材料的方法雖然解決了氫氣持續給予和高濃度的目標，但是材料本身的生物兼容性會稱為臨床應用的制約因素。氫氣之所以迷人，是因為氫氣本身沒有毒性，這種人工光合作用雖然在學術上很有意義，但應用需要選擇特殊的場景，如可以考慮對惡性腫瘤的氫氣治療。

Wan WL, et al.In Situ Nanoreactor for Photosynthesizing H2 Gas to MitigateOxidative Stress in Tissue Inflammation. J Am Chem Soc. 2017 Sep 5.

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