【研究背景】

随着核技术在医疗、工业和航天等领域的广泛应用，急性辐射综合征（ARS）的威胁日益凸显。ARS是由全身高剂量电离辐射照射引起的最致命损伤，其核心病理特征包括造血系统功能障碍、胃肠道损伤及多器官衰竭。目前临床上缺乏能有效逆转ARS的特效药物，现有策略如小分子抗氧化剂（如氨磷汀）虽能部分清除辐射诱导的活性氧物种（ROS），但半衰期短、副作用大且缺乏物理屏蔽能力；而传统的重金属屏蔽材料（如铅）虽能有效衰减高能射线，却因毒性无法用于体内。因此，如何将高原子序数（高Z）元素的物理屏蔽性能与生物相容性材料的ROS清除功能相结合，构建一种可安全用于体内的双重功能辐射防护材料，成为缓解ARS的关键科学挑战。

基于此，北京师范大学曹玮教授团队提出了一种超分子配位调控的高原子序数策略，将高Z元素铋与天然黑色素通过配位化学结合，构建了一种兼具物理屏蔽与ROS清除双重功能的体内辐射防护材料，为缓解急性辐射综合征提供了全新思路。超分子配位策略成功将高Z元素铋引入天然黑色素，实现了体内辐射物理屏蔽与化学清除的协同防护。实验结果证明含羧基的聚左旋多巴（P(L-DOPA)） 比聚多巴胺 （PDA）能结合更多 Bi³⁺，表现出更优的屏蔽与抗氧化性能。Bi-P(L-DOPA) 具有良好的生物相容性与代谢性，显著缓解了急性辐射综合征，为辐射防护材料的开发提供了新方向。

【研究内容】

图1. 一种高原子序数超分子设计策略：通过将铋离子配位到黑色素基质中，制备用于缓解急性辐射综合征的辐射防护材料。

图2. 含铋黑色素的合成与表征。(A) 化学合成路线。(B) 不同浓度下 含铋黑色素溶液的图像。(C)元素分布图。(D) XPS Bi 4f 能谱。(E) 粒径（透射电镜结果）与 ζ 电位（动态光散射结果）的比较。(F-G) L-DOPA (F) 和 DA (G) 在加入 0.1-3.0 当量 Bi³⁺ 后，280 nm 处紫外-可见光光谱的滴定曲线。通过两条拟合线线性外推得到的交点即为配位数。

图3. 含铋黑色素的化学与物理性质。(A) 紫外-可见光光谱。(B) 电子顺磁共振（EPR） 光谱。(C) 由 EPR 结果计算的黑色素自由基含量。(D-E) 不同浓度黑色素对 两种自由基的清除活性。(F) 比较 Bi-P(L-DOPA) 和 Bi-PDA 在 0.5 mg·mL⁻¹ 浓度下清除活性的热图。(G) 黑色素样品的计算机断层扫描（CT）测试。(H) 不同质量浓度样品在 80 kVp 下的 CT 图像。(I) 各样品的 X 射线衰减系数（80 kVp）。

图4. 含铋黑色素的细胞辐射防护作用。(A) HaCaT 细胞辐射防护实验流程。(B) 克隆形成实验。(C-D) 流式细胞术检测细胞周期分布。(E-F) 流式细胞术与共聚焦显微镜检测胞内 ROS 水平。(G) γ-H2AX 免疫荧光染色检测 DNA 损伤。(H) JC-1 染色检测线粒体膜电位。(I) Actin-Tracker Red-594 染色显示细胞骨架（F-肌动蛋白）。

图5. 含铋黑色素的体内生物相容性。(A) 体内生物相容性评估流程。(B) 30 天体重变化。(C) 骨髓、脾脏、睾丸和肠道的免疫荧光染色。(D) 主要脏器的 H&E 染色。

图6. 含铋黑色素的体内分布与辐射防护效果。(A) 99mTc 标记含铋黑色素及 单光子发射计算机断层显像（SPECT）-CT 成像流程。(B) 99mTc 标记样品的 SPECT-CT 图像。(C) 体内辐射防护实验流程。(D) 辐照后 30 天内小鼠体重变化。(E)辐照后 30 天小鼠生存曲线。(F) 第 30 天小鼠生存率比较。

图7. 含铋黑色素缓解全身辐照诱导的急性辐射综合征。(A) 体内辐射防护实验时间安排。(B) 辐照后 30 天骨髓的免疫荧光染色。细胞核用 DAPI 染色。(C) 辐照后 30 天血常规指标，用于长期辐射防护评估。(D) 辐照后 30 天脾脏、睾丸、肠道和肺的 H&E 染色，用于多器官损伤观察。脾脏中：白色圆圈表示白髓，白髓外红色区域为红髓。

论文以“Coordination chemistry enabled in vivo radioprotective material for alleviating acute radiation syndrome”为题发表在《Supramolecular Materials》上，通讯作者是北京师范大学曹玮教授。

【参考文献】

Coordination chemistry enabled in vivo radioprotective material for alleviating acute radiation syndrome

Ruotong Deng, Hanjie Zhu, Xinyue Zhang, Ziwei Zhang, Rui Duan, Wei Chen, Yining Ou, Fengrui Liu, Wei Cao

Supramolecular Materials 2026, 5, 1000134

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667240526000012

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