纳米酶十年:从原创走向领跑

作者:毕业通查重     发表时间:2022-03-31 13:06:10   浏览次数:36



7月2日,中科院院士、中科院生物物理所研究员阎锡蕴团队在《自然―实验手册》上发布了一项学术成果,这是该团队3个月来发表的第3篇重要论文。阎锡蕴说:“今年是纳米酶发现后的第十年。”―这一年硕果频现:她们证实了纳米酶能用于体内肿瘤治疗,拿到了纳米酶产品的首个医疗器械证书,定义了纳米酶活性单位,还补全了纳米酶的定义版图。
放眼全世界,近10年间,纳米酶研究已在26个国家逾220个实验室开展,其应用研究也拓展到了生物、医学、农业、环境治理、国防安全等多个领域。而中国科研人员也实现了在自己开创的领域里领跑全球的目标。
纳米酶:一个跨界范儿十足的名字
“纳米”遇上“酶”,是个跨界范儿十足的名字。阎锡蕴曾给纳米酶下过一个长定义:“在纳米尺度上,能呈现出酶学特性的无机材料。与天然酶类似,能在温和的生理条件下高效催化酶的底物,产生与天然酶相同的反应产物,并可作为酶的替代品调节细胞代谢,用于疾病的诊断和治疗。”
从2007年那篇开创性的论文开始,阎锡蕴团队用一个又一个学术成果不断完善这个定义,直到最近的3篇论文连续发表,才为上述定义画上完美句号。
当年发现纳米酶的博士生高利增,如今已是扬州大学青年千人教授,他与阎锡蕴课题组合作,设计出具有4种不同酶活性的新型纳米酶―氮碳纳米酶。这种模拟酶可以在不同?h境下表现出不同特性。在肿瘤细胞内的酸性环境中,它能发挥氧化酶和过氧化物酶活性,催化肿瘤特征性的代谢产物,生成高毒性的活性氧自由基,从而杀伤肿瘤细胞。
如何把这个肿瘤杀手精准地送进敌营呢?几年前,阎锡蕴团队就研制出一种直径12纳米的铁蛋白药物载体,这种载体可与肿瘤细胞膜上的转铁蛋白受体结合,从而实现靶向运输。
在4月3日发表于《美国化学学会―纳米材料》的论文中,阎锡蕴课题组与中科院自动化所田捷课题组合作证实,铁蛋白药物载体与转铁蛋白受体结合后,可以穿越血脑屏障,并实现对原位恶性脑胶质瘤的靶向和有效治疗。
把铁蛋白修饰到氮碳纳米酶上,就像为武器装上了导航,把子弹变成了导弹。阎锡蕴团队的副研究员范克龙在动物荷瘤实验中,发现这枚“导弹”会让肿瘤越变越小,有些甚至结痂。这一结果4月12日在《自然―通讯》上发表,建立了纳米酶靶向催化治疗肿瘤的新策略。
“至此,我们完整地阐释了纳米酶的定义,完成了纳米酶从发现到设计、从检测到肿瘤治疗的全部环节。”阎锡蕴总结道。
中国原创领跑全球
阎锡蕴笑称:“我们起了一个名字,当时并没料到会开辟一个新领域。”
纳米酶问世以来,短短几年间就获得了国内外同行的认可:被收入《中国大百科全书》;在国际知名杂志《微尺度》上有了自己的专栏,在国际学术出版社Springer有了自己的英文专著;在国际学术大会上,“纳米酶”分会场迎来越来越多的同行……
英国皇家化学会刊综述如此评价纳米酶的发现:“改变了传统观念,开辟了新的研究方向,推动了纳米材料在生物医学的应用。”
2017年10月举行的纳米酶主题香山会议上,中科院生物物理所研究员张先恩通过文献数据分析,称中国科学家发表的纳米酶论文数量占比达70%,高引用论文占比达80%,近十年来高引用论文的前十名均来自中国学者。他指出,中国学者在纳米酶方向的研究处于国际领先地位。
这次大会上,来自全国20多个单位不同领域的专家一致认为:纳米酶是我国科学家的原创发现,也是多学科交叉协作的典范;我国科学家的原始理论创新,奠定了我国纳米酶基础研究和应用研究的世界领跑地位。
让纳米酶从可用到好用
2015年,阎锡蕴团队凭借纳米酶试纸条获得Atlas国际奖。这种试纸条与传统试纸条相比,灵敏度提高了两个数量级。在产品检验阶段,公安部物证鉴定中心、南方医科大学等单位参与了第三方验证。
一根看似普通的拐杖,在雨后的淤泥里已经浸泡了数月。用传统的胶体金方法进行血迹检测,结果呈阴性;换上纳米酶试纸后,出现了一道细浅却分明的红线,证明拐杖上曾经沾染过血液。面对物证,犯罪分子最终招认,这根拐杖正是他作案的凶器。
“经过一次次的验证,我们对纳米酶产品更有信心了。”负责成果转化的阎锡蕴团队的高级工程师张德玺说。
今年,两个纳米酶产品―便潜血检测试剂盒和转铁蛋白检测试剂盒获得了医疗器械注册证。他们还为试剂盒开发了相配套的全自动纳米酶免疫层析仪,以推动产品模式由单纯试剂向仪器试剂一体化演变。
中科院院士解思深曾对阎锡蕴说:“如果你们当年发现纳米酶后,自己不去耕耘这个领域,就不会有后来的成绩。”阎锡蕴对这句话感触颇深:这些研究成果发表之初,就已经是令人称羡的高影响因子论文了。如果大家就此满足,纳米酶研究或许从此就被束之高阁,也有可能被他人捷足先登。
好在他们选择了另一条路:向成果转化下游进发,充分挖掘纳米酶的应用潜力。这条路更加艰难,充满挑战。
阎锡蕴在学术会议上分享铁蛋白药物载体的成果时,引来药企人员的高度关注。他们纷纷询问这种载体最多能装多少分子的药物。“我当时没有答上来。”阎锡蕴说,“我们做基础研究,想着能装药就已经很好了。但是面向实际应用的人,就会关心最大载药量和包封率,这直接关系到产品的成本和成药性。”
回到实验室,阎锡蕴马上把新的任务布置下去。经过师生们的共同努力,铁蛋白纳米载体的载药量从30分子增加到200分子。目前,这种铁蛋白包裹化疗药物阿霉素的新药已经进入临床前试验阶段。
关于纳米酶的机制与应用研究仍在继续,阎锡蕴团队这次发表的这篇论文,首次定义了纳米酶的催化活性单位,这让纳米酶产品在疾病诊疗中变得可以量化,将有利于相关产品的评价及开发。
(本文转自《中国科学报》)

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