In diesem Artikel wird eine vierdimensionale systemische Bewertungsstrategie vorgestellt, die zwischen der inhärenten Fähigkeit von Materialien zur Entfernung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und dem Beitrag der zielgerichteten Verstärkung unterscheidet. Durch die Kombination von zellfreien chemischen Methoden und Bewertungen auf Zellebene werden die antioxidativen Eigenschaften von funktionalisierten Nukleinsäure-Aptamer-Nanomaterialien systematisch anhand von vier Dimensionen bewertet: molekulare Bindung, Zellaufnahme, inhärente ROS-Entfernung und Zellschutz. Mesoporöse hohle Siliciumdioxid-Nanopartikel (MSN), mit Mangan dotiert, wurden mittels Sol-Gel- und Hydrothermalmethoden hergestellt. Nach der Modifikation mit Polyallylaminhydrochlorid (PAH) wurden nacheinander 4-Hydroxy-2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-N-oxid-Radikal (Tempol) und ein nukleinsäurebasiertes Aptamer, das auf den Rezeptor für fortgeschrittene Glykationsendprodukte (RAGE) abzielt, kovalent gekoppelt. Dadurch wurde das funktionalisierte reaktive Sauerstoff(SOS)-entfernende Kompositnanomaterial TMSN@Apt erfolgreich hergestellt. Die hergestellten Materialien wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), energie-dispersiver Röntgenspektrometrie (STEM-EDS Mapping) und Zeta-Potential charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass MSN eine kugelförmige hohle Struktur mit einer Partikelgröße von (87,94 ± 11,14) nm aufweist, die Porenwand sichtbare mesoporöse Kanäle besitzt und die Elemente Mn, O und Si gleichmäßig in der Wand verteilt sind. Das Zeta-Potenzial stieg von (23,0 ± 0,3) mV nach PAH-Modifikation auf (30,3 ± 1,1) mV nach Tempol-Graft und sank nach Apt-Kupplung auf (-2,1 ± 0,3) mV, was die erfolgreiche Modifikation der Komponenten bestätigt. Die Durchflusszytometrie zeigte, dass die Fluoreszenzintensität der Bindung von TMSN@Apt an das RAGE-Protein im Vergleich zur zufälligen Sequenzkontrolle etwa um das 12,4-fache erhöht war und die Bindung an RAGE-hochexpressive alveoläre Epithelzellen MLE-12 konzentrationsabhängig war. Die konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie zeigte, dass TMSN@Apt über RAGE vermittelt in Zellen eindrang, während in der Kontrollgruppe mit zufälliger Sequenz keine offensichtlichen Materialsiganle innerhalb der Zellen beobachtet wurden. In zellfreiem System erreichte die Konzentration der ROS-Entfernungsplattform von TMSN@Apt 0,2 mg/mL, während auf Zellebene nur 0,05 mg/mL erforderlich war, um das intrazelluläre ROS-Niveau signifikant zu senken, wobei die Positivrate von (82,30 ± 1,91)% auf (13,93 ± 1,33)% abnahm und die Apoptoserate von (20,94 ± 2,18)% auf (7,85 ± 0,61)% reduziert wurde. Die wirksame Konzentration lag deutlich unter der Plattformkonzentration im zellfreien System, was die konzentrationsabhängige Wirkung durch Aptamer-vermittelte gezielte Anreicherung aufzeigt. Diese vierdimensionale Bewertungsstrategie ermöglicht eine differenzierte Beurteilung der inhärenten ROS-Entfernungsfähigkeit des Materials und des Beitrags der zielgerichteten Verstärkung und bietet eine methodologische Referenz für die präzise Bewertung der antioxidativen Leistung zielgerichteter Nanomaterialien sowie für die Optimierung der biologischen Dosierung.

Nukleinsäure-Aptamer; Nanomaterial; gezielte Erkennung; antioxidative Aktivität; Entfernung reaktiver Sauerstoffspezies