由缺血引发的组织损伤是造成心血管疾病的主要原因,如心肌梗塞和缺血再灌注等。组织缺血最初会造成组织供血不足,伴随物质及能量代谢的不平衡,最终造成了组织的损伤。对于缺血性疾病治疗的主要策略是恢复供血,包括血液再灌注以及血管网络的重新建立。然而,再灌注会造成组织的进一步损伤,即缺血再灌注损伤。造成缺血再灌注损伤的分子机理十分复杂,其中研究比较深入的是再灌注造成的氧自由基爆发,主要包括线粒体呼吸链产生的超氧自由基。因而,针对线粒体活性氧爆发,发展新的治疗缺血再灌注损伤的策略尤为重要。本论文利用一种人源的可以自我组装的蛋白纳米载体--铁蛋白纳米笼（FTn）,仿生设计和开发了基于铁蛋白纳米笼的纳米酶,来模拟超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,并结合铁蛋白自身靶向缺氧组织和高的组织渗透能力的特点,通过全身递送和局部粘附两种方式,探索其应用于缺血再灌注损伤中组织的修复与再生。纳米酶是一种具有类酶活性的纳米材料。近年来研究发现,某些纳米酶可以模拟天然抗氧化酶,有效的清除机体的活性氧。TPP是一种亲脂性阳离子化合物,之前的研究表明其可以在电负性的线粒体上富集,被广泛地用于各种配体的线粒体靶向。本论文设计了一种TPP修饰的纳米酶,利用TPP靶向线粒体的同时,利用纳米酶的类酶活性清除线粒体活性氧。首先,我们利用FTn内部空腔合成了具有超氧化物歧化酶（SOD）及过氧化氢酶（CAT）活性的Mn O2纳米酶,同时将TPP修饰在FTn外部以实现线粒体的靶向。与单独的纳米酶（Mn O2-Fenozyme）相比,偶联TPP的纳米酶（Mito-Fenozyme）可以实现溶酶体逃逸,有效的靶向线粒体,并清除线粒体活性氧。进而,我们在体外,利用大鼠心肌细胞H9C2证实Mito-Fenozyme可以显著提高线粒体DNA拷贝数及ATP的产生,有效的缓解了氧化应激造成的线粒体损伤。另外,我们研究发现,缺血组织的缺氧状态会导致铁蛋白的受体（TIM-2）高表达,因此,铁蛋白纳米酶自身就具有靶向缺血组织的特性,我们也通过尾静脉注射荧光标记的铁蛋白,利用小动物成像证明了铁蛋白在缺血再灌注心脏上的富集能够显著提高。随后,我们也利用小鼠缺血再灌注模型,将Mito-Fenozyme经尾静脉给药,考察其对缺血再灌注损伤的保护作用。超声波心动扫描结果显示,Mito-Fenozyme可以有效的恢复心脏功能。病理切片结果分析,与对照相比,Mito-Fenozyme治疗组小鼠心脏梗死区血管壁厚度及梗死面积都得到了显著改善。儿茶酚功能化的仿贻贝水凝胶对组织有很好的黏附效果,近年来作为粘附性水凝胶也被用于再生医学上。因此,我们探索能否利用心脏补片技术实现线粒体靶向纳米酶在心脏缺血再灌注损伤部位的局部原位治疗。我们将上述具有线粒体靶向能力的纳米酶包覆在透明质酸-儿茶酚胺水凝胶中,制备了心脏补片（Mitofegel）。将心脏补片局部移植到心脏损伤部位,结果显示心脏补片可以在心脏长时间的驻留。我们发现,Mitofegel可以实现线粒体靶向纳米酶的有效缓慢释放,并渗透到心脏组织内。通过TTC和Evans blue双染色考察Mitofegel处理对心肌梗死面积的影响,结果显示Mitofegel可以有效的减少心脏梗死区面积。与手术组相比,超声波心动扫描及病理组织切片均显示Mitofegel可以有效的恢复缺血再灌注损伤后的心脏功能。综上所述,我们的结果显示铁蛋白纳米笼是一种良好的蛋白纳米载体,通过按需设计,可以清除线粒体活性氧,保护线粒体功能,为治疗缺血再灌注损伤提供了新的策略。