關于東納 About us
聯系我們
  • 客服服務電話:0755-2801 8888
  • 商業服務電話:18800000001
  • 技術服務電話:18800000001
  • 在線服務QQ:000000000
  • 服務郵箱:[email protected]
  • 網站:www.niumowang.com

顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

日期: 2020-07-06
瀏覽次數: 11

新型「仿生」納米藥物遞送系統:如何實現細胞外囊泡載藥?

納米酶作為具有模擬酶性質的功能納米材料,既能克服天然酶穩定性差、制備成本高等缺點,又具有納米材料的可設計性、多功能性、可操縱性及可應用性[1]。東南大學顧寧、張宇課題組在納米酶領域取得了相關研究進展,例如氧化鐵、氧化鈷、普魯士藍、金納米酶的催化機制研究、納米酶的體外檢測、成像、細胞保護及腫瘤治療、納米酶相關國家標準等。


?
01?氧化鐵納米顆粒pH依賴的類雙酶活性
該研究利用電子自旋共振技術(ESR)首次發現氧化鐵納米顆粒(IONPs)具有pH依賴的類雙酶活性:在酸性條件下,IONPs能夠與H2O2反應,生成具有高毒性的羥自由基(·OH),表現出類過氧化物酶(POD)活性;在中性條件下,能夠催化H2O2的歧化反應,分解為無毒的H2O和O2,表現類過氧化氫酶(CAT)活性[2]。
該研究證明IONPs在細胞中的分布及細胞內微環境是影響其細胞毒性的重要因素,即:當IONPs定位于細胞溶酶體中,將產生較強的毒性作用;定位于細胞質中則具有較好的解毒作用(圖1)。因此,溶酶體逃逸策略是一種有望降低IONPs給藥中長期毒性的有效方法。

顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展


1:氧化鐵納米顆粒pH依賴的類POD、CAT活性



02?四氧化三鈷納米顆粒類多酶活性及電荷轉移催化機制

本研究證明了四氧化三鈷納米顆粒(Co3O4?NPs)具有類CAT、POD和SOD 酶活性[4]。利用電子自選共振技術研究其催化機制,表明Co3O4?NPs的類POD活性不遵循類芬頓反應產生·OH,而是Co3+/Co2+較高的氧化還原電位使Co3O4?NPs具有較強的氧化性,可作為電子傳遞介質將TMB的電子直接轉移給H2O2(圖2)。在中性條件下,H2O2傾向于緩慢分解,Co3O4?NPs有助于加速這一過程,因為H2O/O2的氧化還原電位很低,H2O2很容易被Co3+氧化?;贑o3O4?NPs較強的類POD酶活性,作者設計了一種新的免疫組化方法,將Avastin抗體偶聯到Co3O4?NPs表面,獲得的偶聯物用于檢測腫瘤組織中過表達的血管內皮生長因子(VEGF)。?



顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

圖2:Co3O4?NPs 類POD酶活性催化機制


03?普魯士藍納米顆粒類多酶活性及活性氧清除功能

活性氧(ROS)的產生是納米材料毒性的重要機制之一。研究發現普魯士藍納米粒顆粒(PBNPs)具有類POD、CAT、超氧化物歧化酶(SOD)等多酶活性,并能夠有效清除ROS[3]。機制研究表明,與氧化鐵納米顆粒類芬頓反應產生·OH不同,PBNPs能夠抑制·OH的生成。作者首次推測,PBNPs的類多酶樣活性可能是由于PBNPs豐富的氧化還原電位使其成為高效的電子轉運體(圖3)。

為了研究PBNPs清除ROS的能力,建立了一系列的體外ROS生成模型,包括化學藥物刺激、脂多糖誘導炎癥、紫外線照射、神經細胞缺氧復氧等,PBNPs加入均能清除產生的ROS,有效抗氧化并提高細胞活性,并且具有劑量依賴性。同時采用脂多糖誘導建立了小鼠炎癥模型,同樣表明了普魯士藍納米顆粒能夠抑制炎癥反應。


顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

圖3:PBNPs 類多酶活性及其催化機制


04?分子印跡提高金納米顆粒類葡萄糖氧化酶的選擇性

納米酶缺乏對催化底物的選擇性一直以來是制約納米材料在實際應用中代替天然酶的重要因素之一,同樣也是國內外科研人員致力于解決的重要問題。為此,采用氨基苯硼酸在堿性條件下結合葡萄糖分子的鄰位羥基,將葡萄糖分子印記在金納米顆粒(AuNPs)表面,經洗脫后,在AuNPs表面留下葡萄糖分子口袋。

隨后氨基苯硼酸聚合形成分子印跡殼層,這種策略實現了AuNPs作為類氧化酶對底物葡萄糖的選擇性(圖4)。此外,加入具有供氧能力的全氟溴辛烷能夠進一步加強AuNPs的催化活性。與單純的AuNPs相比,本工作制備的具有葡萄糖分子印跡殼層的載氧AuNPs的催化效率提升了270倍,并成功用于實際樣品(飲料、血液)中葡萄糖含量的檢測[5]。


顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

圖4:具有葡萄糖分子印跡殼層的載氧AuNPs的制備示意圖


05?普魯士藍納米酶用于超聲-磁共振雙模態成像

ROS誘導的過量H2O2的產生可以作為一種潛在的診斷標記物,用于判斷多種病理狀態的存在和進展。根據PBNPs在中性條件的類CAT酶活性能夠催化H2O2分解為O2的特性,開發了基于PBNPs的高靈敏度、高分辨率的超聲和磁共振雙模成像探針,用于體內/外診斷H2O2-(圖5)[6]。
氧氣泡的生成改變了氧化應激組織的聲阻抗,使PBNPs作為超聲造影劑來增強超聲成像效果。同時,納米顆粒表面Fe3+中心易于與H2O進行交換及具有順磁性的氧氣泡能夠縮短T1弛豫時間,使PBNPs還能作為T1磁共振造影劑。



顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

圖5:PBNPs 用于超聲-磁共振雙模態成像示意圖



06?可注射超分子磁性水凝膠:磁熱納米酶攜手治療腫瘤
為了克服溫和磁感應熱療中腫瘤細胞對熱應激的耐受性問題,本工作創新性地將Fe3O4納米酶催化治療引入到磁感應熱療中,為腫瘤協同治療提供了新的策略(圖6)。
該工作以PEG和α-環糊精通過包合作用構建具有剪切變稀效應和溫敏相轉變能力的超分子水凝膠作為治療平臺,以PEI修飾的8 nm?Fe3O4納米顆粒為磁熱源和類過氧化物酶[7]。將凝膠注射于腫瘤組織,施加交變磁場使Fe3O4顆粒產熱至42 °C,腫瘤組織得到熱療的同時凝膠液化促進凝膠中各組分在腫瘤細胞間隙擴散,并利用凝膠中復合的載葡萄糖納米膠囊與葡萄糖氧化酶反應產生較高濃度的H2O2。Fe3O4顆粒在腫瘤微酸性環境中發揮模擬酶功效,通過芬頓反應催化H2O2產生·OH殺傷腫瘤細胞。此外,熱療產生的熱量能夠增強Fe3O4類POD酶活性,產生更多?·OH?!H 進一步損傷熱療中高表達的熱休克蛋白HSP 70等,使得熱療效果提升。
這一基于磁性納米顆粒磁感應熱療和納米酶促氧化的協同治療使得腫瘤治療效果顯著,42°C 溫熱療即可消退小鼠乳腺癌皮下腫瘤。


可注射超分子磁性水凝膠:磁熱納米酶攜手治療腫瘤

圖6:可注射超分子水凝膠磁感應熱療協同納米酶治療小鼠腫瘤示意圖


?
07?建立納米酶國家標準:《納米技術氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性測量方法》
在國家重大科學研究計劃以及國家重點研發計劃的持續支持下,歷時近五年的研究、論證和評審,東南大學聯合中科院生物物理所、中國醫科院基礎醫學研究所以及南京東納生物科技有限公司等單位研制并起草的國家標準《納米技術氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性測量方法》(GB/T37966-2019)通過全國納米技術標準化技術委員會組織的終審,并獲得國家市場監督管理總局、中國國家標準化管理委員會批準發布實施[8]。
該標準規定了氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性的測量方法,適用于采用分光光度計對氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性進行測量和評價。該標準可作為其他種類納米顆粒類過氧化物酶活性測量的參考,對規范生物醫學應用中納米顆粒類酶活性的科學計量方法,突破生物醫學應用轉化的瓶頸具有極為重要的價值。
測量原理本標準采用3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)作為測量底物,在37℃和酸性條件(pH= 3.6)下經氧化鐵納米顆粒的催化,TMB被H2O2氧化為藍色的TMB衍生物,該衍生物在650nm波長下有特征吸收峰。在37℃、650nm波長下檢測反應溶液吸光度隨時間的變化,并根據朗伯比爾定律計算出單位時間內TMB衍生物的生成量,從而得到氧化鐵納米顆粒所含酶活性單位數(bnano)。將bnano除以加入的氧化鐵納米顆粒的鐵元素質量,得到氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性(anano)。


顧寧、張宇課題組「納米酶」方向研究進展

圖7:氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性測量原理圖


盡管當前該領域已有大量有關開發新型納米酶或通過巧妙設計提高納米酶活性的相關工作,但想要成為優秀的天然酶替代物,納米酶仍然面臨著眾多挑戰。目前還存在一些亟待解決的問題,如:對于納米酶催化本質的理解、納米材料表面化學性質與催化活性之間的復雜關系、擴大納米酶的催化類型、提高催化底物的選擇性、相關標準的制定、納米酶與體內復雜生物系統的相互作用等。
先進的表征技術手段和各領域科學家們的通力合作是十分必要的。只有對這些問題有了深入透徹的理解和解決,納米“新星”—納米酶才有望在未來以更加明確和獨特的優勢,真正地代替天然酶應用于醫學、食品、化工、農業、環境等領域,為國家工業發展及人們生活質量提高做出更大的貢獻。
?
?


參考文獻:

[1] Dong H, Fan Y, Zhang W, et al. CatalyticMechanisms of Nanozymes and Their Applications in Biomedicine[J]. BioconjugateChemistry, 2019,30(5): 1259-1584.

[2] Chen Z, Yin J J, Zhou Y T, et al. DualEnzyme-like Activities of Iron Oxide Nanoparticles and Their Implication forDiminishing Cytotoxicity[J]. ACS Nano, 2012, 6(5): 4001-4012.

[3] Zhang W, Hu S, Yin J J, et al. Prussian BlueNanoparticles as Multienzyme Mimetics and Reactive Oxygen SpeciesScavengers[J]. Journal of the American Chemical Society, 2016, 138(18): 5860-5865.

[4] Dong J, Song L, Yin J J, et al. Co3O4Nanoparticles with Multi-Enzyme Activities and Their Application inImmunohistochemical Assay[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2014,6(3): 2014, 6: 1959-1970.

[5] Fan L, Wu H, Lou D, et al.?A NovelAuNPs-based Glucose Oxidase Mimic with Enhanced Activity and SelectivityConstructed by Molecular Imprinting and O2-Containing NanoemulsionEmbedding[J]. Adv. Mater. Interfaces, 2018, 5, 1801070.

[6] Yang F, Hu S, Zhang Y, et al. A HydrogenPeroxide-Responsive O2?Nanogenerator for Ultrasound andMagnetic-Resonance Dual Modality Imaging[J]. Advanced Materials, 2012, 24(38): 5205-5211.

[7] Wu H, Liu L, Song L, et al. Enhanced TumorSynergistic Therapy by Injectable Magnetic Hydrogel Mediated Generation ofHyperthermia and Highly Toxic Reactive Oxygen Species[J]. ACS Nano, 2019,13(12):14013-14023.

[8]國家標準:《納米技術氧化鐵納米顆粒類過氧化物酶活性測量方法》GB/T 37966-2019.



- 助力科研創新,幫助客戶成功!-

新型「仿生」納米藥物遞送系統:如何實現細胞外囊泡載藥?


Hot News / 相關推薦
  • 2020 - 03 - 03
    點擊次數: 172
    點擊閱讀原文納米材料具有高的比表面積,獨特的化學和物理性質,在醫學研究中的應用發展快速。例如,納米材料可以用于病原體快速檢測、生物分子傳感、醫學影像造影劑、納米靶向藥物載體以及構建癌癥診療一體化的新技術。新冠病毒高清彩照新型冠狀病毒疫情爆發后,各大高校和企業加緊研發,相繼推出了各種新型冠狀病毒IgG/IgM檢測以及核酸檢測的試劑盒。在這些試劑盒中,微納米材料如金納米粒子、量子點、聚集誘導發光(AI...
  • 2020 - 02 - 27
    點擊次數: 271
    目前據業內媒體報道,同濟大學附屬東方醫院轉化醫學平臺與斯微(上海)生物科技有限公司合作,已經完成了對新型冠狀病毒mRNA疫苗研發項目的立項備案。自研究人員公布COVID-19基因序列后,國內外幾十家公司火速開展了新冠肺炎疫苗的研發。| 數據為不完全統計,截至2020.2.23mRNA作為疫苗概念的提出可以追溯倒1989年[1]。 一般的疫苗是通過病原體本身或其中的一部分即免疫分子,注射機...
  • 2020 - 02 - 13
    點擊次數: 56
    文章鏈接  Catalytic gold–platinum alloy nanoparticles and a novel glucose oxidase mimic with enhanced activity and selectivity constructed by molecular imprinting.pdf葡萄糖(Glu)在各種生理活動中起著至關重要的作用,因此...
  • 2020 - 02 - 04
    點擊次數: 32
    新年伊始,2019-nCOV所引起的新型肺炎牽動了全國人民的心,實時更新的疫情信息從感染人數、死亡人數、治愈人數,逐漸轉移到診斷試劑盒的大量投放、抗病毒噴霧的實用以及1月28日訊:同濟大學附屬東方醫院轉化醫學平臺與斯微(上海)生物科技有限公司合作,依托“上海張江國家自主創新示范區干細胞戰略庫與干細胞技術臨床轉化平臺”課題子任務——mRNA合成平臺成果,快速推動新型冠狀病毒mRNA疫苗研發,據悉該項...
  • 友情鏈接:
    Copyright ?2017   南京東納生物科技有限公司
    犀牛云提供云計算服務
    X
    3

    SKYPE 設置

    4

    阿里旺旺設置

    5

    電話號碼管理

    • 025-83475811
    6

    二維碼管理

    展開
    吉林11选五前三号码遗漏