近日，复旦大学附属华山医院联合青岛科技大学材料学院，在国际期刊Advanced Materials(IF=27.4)在线发表题为Machine Learning-Assisted High-Throughput Screening of Nanozymes for Ulcerative Colitis的研究论文。团队在前作基础上(Adv Mater. 2023 Nov;35(44):e2304967.)，通过机器学习（ML）辅助的高通量筛选策略，成功开发出兼具抗氧化、抗炎、肠道菌群调控及CT成像功能的多功能纳米酶SrDy2O4，为溃疡性结肠炎（UC）治疗提供了全新的“诊疗一体化”解决方案。
溃疡性结肠炎是一种发病率不断上升的慢性肠道炎症性疾病，俗称“绿色癌症”。由于UC症状的复发和难以治疗的性质，使得传统药物难以实现长效治疗，不能满足患者的治疗期望。
该研究建立了数据驱动的机器学习辅助的UC纳米酶治疗高通量筛选策略的新范式。该策略从口服UC的治疗需求出发，分类为抗氧化、抗炎、肠屏障修复、酸稳定性需求等；可量化和不可量化的治疗特征。可量化的治疗特征被数字化为相应的纳米酶材料特征，创新性地实现了通过在快速筛选材料特征之后回顾不可量化的治疗特征而获得的最佳口服UC治疗纳米酶。
通过将高通量建模和高通量计算相结合，团队构建了空间广泛且结构可控的AB2X4材料数据库。结合机器学习模型解释和SISSO方法揭示了材料特征与疗效之间的半定量构效关系，为挖掘多特征纳米药物的半定量构效关系提供了典型参考。
团队同时为肠道疾病建立了一种开创性的合理设计的纳米酶治疗诊断学。SrDy2O4纳米酶不仅在分子、细胞和组织水平上表现出高胃肠稳定性、低毒性和高ROS清除能力，而且通过特异性活体CT成像的方式表现出靶向病变，并在病变部位停留较长时间。
另外，该研究揭示了纳米酶调节肠道免疫的治疗机制，通过结肠组织的RNA测序发现SrDy2O4纳米酶具有调节肠道免疫的作用。这种新的纳米酶治疗机制为未来纳米酶的发展提供了新的见解。
总之，研究提出了下一代纳米医学发展战略，将治疗需求分解为纳米医学的可量化和不可量化特征。利用高通量计算、机器学习和高通量筛选，确定SrDy2O4是AB2X4材料系统中用于口服UC治疗的最佳纳米酶。值得注意的是，这项新的范式研究不仅为纳米药物设计提供了理论基础和典型实例，而且达到了预期的减轻炎症、修复受损肠道屏障、恢复正常肠道菌群、平衡肠道微环境的能力，并具有调节肠道免疫的作用，达到远超过一线药物5-ASA的治疗效果。
文章通讯作者为复旦大学附属华山医院杨冬琴副研究员和青岛科技大学材料学院朱之灵教授，复旦大学附属华山医院消化科赵现光、许旭东和青岛科技大学材料学院于懿鑫、张子祺、陈震为论文共同第一作者。
文丨消化科 赵现光
审核丨中心实验室 杨冬琴
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