综述：MIL基金属有机框架在炎症疾病治疗策略中的进展与前景

《Sustainable Materials and Technologies》：Advances and prospects of MIL-based metal?organic framework for therapeutic strategy in inflammatory diseases

本综述系统评述了MIL系列金属有机框架（MOF）作为智能纳米载体的前沿进展，重点阐述其通过高孔隙率、可调孔径及功能化表面对炎症疾病（如类风湿性关节炎、炎症性肠病）实现靶向给药、控释药物及免疫调节的机制，为突破传统抗炎疗法生物利用度低、全身毒性大等瓶颈提供新范式。

　　

Abstract

炎症性疾病的日益流行及其免疫病理学机制的深入解析，凸显了对精准、持续和生物相容性药物递送系统的迫切需求。传统制剂常存在生物利用度低、分布非特异性和系统毒性等问题。属于Lavoisier研究所材料家族的金属有机框架（MOF）因其高孔隙率、大比表面积和化学可调的配位环境，展现出作为多功能纳米载体的巨大潜力。这些特性支持高效封装、可控释放曲线以及在炎症组织内的选择性定位，从而改善药效学性能。本综述详细评估了基于MIL的MOF在炎症性疾病（特别是类风湿性关节炎和炎症性肠病）治疗中的设计和生物医学应用进展。讨论重点在于框架组成、功能化和拓扑结构的变化如何影响主客体相互作用和治疗行为。对载药效率、扩散控制释放和刺激响应靶向等核心参数进行了批判性分析。综述进一步概述了主要挑战，包括有限的结构稳定性、降解控制和免疫相容性，这些因素目前限制了其转化潜力。总体而言，本文强调了MIL型MOF作为合理设计的平台在炎症相关疾病可控药物递送中日益增长的相关性。

Introduction

炎症是机体对抗感染和组织损伤的基本生物反应，通过高度协调的细胞和分子介质网络旨在恢复生理平衡并促进组织修复。正常情况下，这一过程具有自限性，能有效清除病原体和受损成分。然而，当失调或长期持续时，它会从保护机制转变为许多慢性疾病的病理驱动因素。持续的炎症活动是多种疾病的基础，包括心血管疾病、非酒精性脂肪肝病、代谢综合征相关糖尿病、慢性肾病、各种癌症和神经退行性疾病，每种疾病都对全球疾病负担有显著贡献。世界卫生组织（WHO）的最新估计表明，超过1.5亿人受到慢性炎症性疾病的影响，每年导致约1700万人死亡。除了健康影响外，这些疾病还带来了巨大的社会经济负担，每年的医疗成本和生产力损失合计达数万亿美元。

炎症性疾病的常规治疗方式常存在药代动力学特征不佳、缺乏靶点特异性以及脱靶毒性等问题，限制了其临床应用。例如，非甾体抗炎药（NSAID）仍是症状缓解的主要手段，但其长期给药存在胃肠道溃疡、出血并发症和心血管事件风险增加等风险。因此，迫切需要能够提高药物生物利用度、实现定点释放并最小化全身不良反应的下一代递送系统。

金属有机框架（MOF）是一类独特的微孔晶体材料，具有可调的孔径尺寸、可修饰的表面化学、低密度和极高的比表面积，这些特性支撑了其在吸附、催化、光催化和分离过程中的广泛应用。其中，由Lavoisier研究所材料组开发的铁基MOF尤其引人注目。作为最早且最多功能的Fe-MOF家族之一，MIL型框架可以合成纳米级形式，并表现出良好的属性，如生物相容性、生物可降解性以及优异的机械和热稳定性。其巨大的内表面积和可调节的孔几何结构支持高载药效率、延长释放时间以及多种功能部分的掺入。与其他MOF系统相比，MIL系列材料在生理条件下表现出卓越的结构稳健性和增强的化学弹性。

从生物医学角度看，Fe-MOF因其固有的低毒性和与生物环境的良好相容性而受到重视。早期研究确立了MIL型MOF作为难溶性非甾体抗炎药（如氟比洛芬）载体的潜力。后续研究证明了在MIL框架内成功封装如醋氯芬酸等药物，实现了高载药效率和控释行为，同时调节了局部免疫反应。MIL-MOF独特的物理化学特性提供了优于传统载体的几个优势：分级孔隙率能够精确调节扩散动力学；功能性表面基团促进靶向递送和增强的生物相容性；金属节点通常赋予固有的催化或传感功能。这些特性共同支持开发能够实现持续药物释放、减少给药频率并在炎症组织优先积累的递送系统，从而降低系统暴露和毒性。除了治疗应用，MIL型MOF也被探索用于从生物和环境基质中吸附、降解和提取残留的NSAID，为减轻药物污染和二次人类暴露提供了前景。这些研究的见解为将基于MIL的框架应用于炎症治疗和生态修复奠定了概念基础。

在免疫治疗领域，MIL-MOF已被用于微调免疫细胞行为和增强抗肿瘤反应。通过共同递送免疫调节剂和促死亡剂，如铁死亡或焦亡诱导剂，这些框架可以引发免疫原性细胞死亡，从而放大树突状细胞成熟、T细胞激活和系统抗肿瘤免疫力。这种多方面的方法重塑了肿瘤微环境，并提供了一种调节免疫检查点的复杂手段。除了免疫调节和药物递送，MIL-MOF还在组织工程中找到了应用，其多孔支架支持细胞附着和增殖；在生物传感中，利用其可调化学实现生物分子的高灵敏度检测。值得注意的是，智能纳米材料和人工智能的融合正在开启精准医学的新时代。机器学习（ML）算法可以预测最佳MOF组成，指导功能化策略，并模拟药物-载体相互作用，从而加速基于MIL-MOF的治疗方法的发现和个性化。这种协同作用有望扩大MOF技术的临床储备，并为纳米医学领域的人工智能驱动创新树立先例。

总之，MIL系列MOF构成了一类有前景的材料，能够克服现有抗炎疗法的许多局限性。其结构和化学多功能性支持提高药物递送效率、最小化系统毒性以及调节局部免疫反应，使其成为管理慢性炎症性疾病及其相关并发症的有力候选者。在材料设计、生物学评估和转化工程方面的持续跨学科努力有望推动这些系统走向临床适用性，为更有效的治疗干预和减轻炎症性疾病带来的全球健康和经济负担提供前景。

MIL-MOFs in drug delivery

本综述系统评估了MIL型MOF在药物制剂中的整合，重点是其治疗应用，特别是在肿瘤学和抗炎治疗中。如引言所述，MIL系列框架 consistently 展现出使其成为下一代药物递送系统理想候选者的特性。本节为分析MIL在治疗策略中的合理整合建立了概念基础。

Application of MIL-series MOFs in the adsorption and removal of NSAIDs

非甾体抗炎药（NSAID）因其成熟的镇痛、解热和抗炎特性而被广泛用于管理慢性疼痛、风湿性疾病和关节相关疾病。虽然它们通常被认为在短期治疗使用中是安全的，但长期给药一直与胃肠道出血、肾脏并发症和心血管风险增加等不良后果相关。此外，它们作为环境污染物的出现也引起了关注。

Application of MIL MOF in the treatment of tumours

癌症是一种复杂多因素的疾病，具有显著的组织病理学多样性、分子畸变和亚型特异性异质性。当代研究已确定慢性炎症是影响肿瘤发生、恶性转化和治疗反应的关键决定因素。炎症信号不仅有助于肿瘤的发生和发展，而且在建立和维持免疫抑制微环境中起着核心作用。

Biological scaffold material

Katayama等人探索了MIL-53(Al)卓越的蛋白质吸附特性，用于创建创新的二维细胞支架。他们设计了一种层叠在聚合物基底上的MIL-53(Al)薄膜，并系统检查了其与血清蛋白的亲和力，包括其吸附、保留和补充这些生物分子的能力。该支架表现出比传统细胞培养基质显著增强的性能，特别是在维持蛋白质完整性方面。

The combination of AI and MIL-series MOFs

近年来人工智能（AI）的加速发展深刻影响了医学的各个领域，包括涉及金属有机框架（MOF）的研究。Zhang等人强调了AI在UiO型MOF生物医学应用中的变革作用。利用机器学习（ML）模型可以系统评估结构和性能数据，从而能够预测框架稳定性和最佳合成条件。

Conclusions and future perspective

本综述详细探讨了基于MIL的金属有机框架（MIL-based MOF）在管理炎症性疾病中的治疗潜力，特别强调了它们在靶向药物递送、联合疗法和免疫调节中的作用。这些材料表现出卓越的物理化学特性，包括高孔隙率、大比表面积和适应性功能基团，这些特性促进选择性药物封装和精细调节的释放曲线。