微米和纳米科技材料

【研究进展】纳米酶用于肝素活体分析研究

纳米酶(nanozymes)是指具有类似天然酶催化活性的功能纳米材料。自阎锡蕴及合作者于2007年报道首例基于四氧化三铁纳米酶以来,纳米酶研究引起了人们的极大兴趣。这主要是因为与天然酶及传统的人工模拟酶(如环糊精类或分子印迹聚合物等)相比较,纳米酶具有催化活性高、稳定性好、功能多样化、成本低廉、易于大规模制备等优点。近十年来,纳米酶已被广泛应用于生物分析检测、生物医学成像、环境保护等众多领域。尽管如此,纳米酶在活体分析领域的研究还比较有限。这是因为活体分析的样品复杂,样品量少。因而需要建立高灵敏度、高选择性的方法。而目前发展的大多数纳米酶还无法完全满足活体分析的要求。

针对这些挑战,中国科学家率先将纳米酶引入活体分析领域,实现了生物活性小分子(如双氧水和葡萄糖)的体外检测,并结合微透析技术实现了活动物体内葡萄糖、乳酸等在生理和病理情况下的监测。接下来,一个亟待回答的问题是:利用纳米酶是否能够实现生物大分子的活体分析?日前,来自南京大学的魏辉及合作者报道了基于金属有机骨架化合物(Metal-organic framework, MOF)纳米片类过氧化物酶活性监测大鼠体内肝素的研究(图1)。

【研究进展】纳米酶用于肝素活体分析研究

基于MOF纳米片类过氧化物酶活性监测大鼠体内肝素的清除过程(图1)

肝素是一类非常重要的线型多糖分子。因其高度硫酸化,肝素带有很高的负电荷。肝素能与抗凝血酶结合,增强其对凝血酶的抑制作用,已被广泛用作抗凝剂。临床上,肝素的用量必须严格控制,否则会导致很严重的副反应,因而需要发展可检测活体内肝素含量的方法。本研究将二维MOF纳米酶与肝素特异识别多肽AG73相结合,利用微透析技术成功实现了老鼠体内肝素含量的监测。

MOF是由金属离子(或金属簇)与有机配体之间通过配位作用所形成的多孔化合物。由于其金属离子和配体可以作为催化中心,因此MOF已被广泛应用于有机催化、电催化、能源催化等领域。而MOF在仿生催化,尤其是纳米酶催化领域的研究还不多见。魏辉等人采用自组装策略,以4-羧基金属卟啉(即TCPP)为配体制备了一系列二维MOF纳米酶,并系统研究了其模拟过氧化物酶的催化活性。其研究结果表明此类纳米酶的催化活性源于金属化的TCPP(M)配体。其中,由TCPP(Fe)构建的二维纳米酶(如Zn-TCPP(Fe))具有最高的催化活性。研究者发现,二维Zn-TCPP(Fe)纳米酶有着比其块体材料更好的催化活性。这可以归因于二维材料更多暴露的活性位点及更容易与底物接触等优势。进一步研究发现,可以利用多肽(如AG73)调控二维Zn-TCPP(Fe)纳米酶的催化活性,进而构筑新型生物识别界面。当AG73多肽与纳米酶作用后,会抑制其催化活性。在有肝素存在时,AG73与肝素特异作用形成复合物,从而不再与纳米酶作用,使得其催化活性恢复。基于此传感原理(图1),研究者建立了用于活体肝素检测的方法。研究结果表明,这种基于MOF纳米酶的传感方法对于肝素的检测有着很好的灵敏度和选择性,完全可以用于生物体内肝素的监测。因此,他们进一步将其应用于大鼠血液中肝素的检测,并进一步研究了肝素注射进入大鼠体内后随时的消除情况。

该研究不仅为纳米酶的设计与合成提供了新的思路,还发展了用于肝素临床监测新的监测方法。可以预见,随着研究的进一步深入,将有MOF更多的模拟酶特性被发掘出来,并被用于活体分析等研究领域。

你可能还喜欢

发表评论

您的电子邮件地址将不会发布。

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据