阎锡蕴院士团队在高活性硫铁矿纳米酶及自级联催化抗肿瘤研究获希望_科技新闻

2021-03-18 网络
浏览
[科技新闻]阎锡蕴院士团队在高活性硫铁矿纳米酶及自级联催化抗肿瘤研究获希望_科技新闻

原问题:阎锡蕴院士团队在高活性硫铁矿纳米酶及自级联催化抗肿瘤研究获希望

纳米酶是一类自身蕴含酶学特征的纳米质料,它同自然酶一样,能够在温顺条件下催化酶的底物,出现出与自然酶相同的酶促反映动力学和反映机制,而且可以作为自然酶的替换物用于检测疾病。近年来,学界发现纳米酶蕴含的氧化还原酶活性可以调治细胞中活性氧,如催化肿瘤部位的H2O2发生羟基自由基,从而引起肿瘤细胞的凋亡。然而,由于肿瘤部位H2O2浓度有限,且纳米酶与底物H2O2的亲和力较低,发生的羟基自由基通常不足以有用地治疗肿瘤。纳米酶的肿瘤治疗应用现在面临以下两个问题:一是若何提升纳米酶与底物H2O2的亲和力;二是若何提高肿瘤细胞中H2O2的浓度。

近期,ACS Nano在线揭晓了中国科学院院士、中科院生物物理研究所/中科院纳米酶工程实验室研究员阎锡蕴团队的最新研究希望。研究职员针对上述问题,设计出一种新型纳米酶——硫铁矿(FeS2)纳米酶。研究职员发现,这种纳米酶连系H2O2底物的亲和力极高,催化H2O2的效率(kcat/KM)比传统Fe3O4纳米酶高4144倍;比自然辣根过氧化物酶高3086倍。研究职员使用第一性原理盘算方式探讨其缘故原由,发现与传统的Fe3O4纳米酶相比,硫铁矿(FeS2)纳米酶与底物H2O2相互作用时配位连系的共价键更短,而且外面含有许多沟壑状结构,使其与底物的连系能力更强,因此能够催化肿瘤部位有限的H2O2,发生大量的羟基自由基,引起肿瘤细胞的凋亡。

高效-自级联的硫铁矿纳米酶用于肿瘤的凋亡-铁殒命协同治疗

研究发现,硫铁矿纳米酶不仅对H2O2具有很高的亲和力, 而且还能够自身发生H2O2。这是由于硫铁矿纳米酶具有谷胱甘肽氧化酶的活性,可以氧化细胞中的还原型谷胱甘肽(GSH)天生H2O2,天生的H2O2又可作为过氧化物酶的底物。因此,硫铁矿纳米酶蕴含的两种类酶效应——谷胱甘肽氧化酶和过氧化物酶,组成自级联反映,能够延续发生羟基自由基,引起更多肿瘤细胞的凋亡。此外,谷胱甘肽氧化酶活性还会引起GSH的消耗,而GSH是膜脂修复酶——谷胱甘肽过氧化物酶4的辅因子,它的耗竭会导致后者的失活,使细胞中的脂质过氧化物不能被有用祛除,引起细胞的铁殒命。

, ,

硫铁矿纳米酶同时引起肿瘤细胞凋亡和铁殒命的特征,使其在含有KRAS突变、凋亡抗性的耐药肿瘤细胞中仍显示出高效的肿瘤治疗效果。此外,研究职员还研究了硫铁矿纳米酶的生物平安性,效果注释,它的细胞杀伤效果具有肿瘤特异性,这主要是由于肿瘤细胞比正常细胞代谢更兴旺,发生更多的H2O2,使纳米酶催化发生更多的羟基自由基;肿瘤细胞需要更多GSH以维持氧化还原平衡,因此,对GSH耗竭更敏感;肿瘤细胞的快速生长需要更多的铁离子,因此,更易发生铁殒命。硫铁矿纳米酶具有优越的生物降解性,肿瘤特异性杀伤效果和生物降解性为它的体内应用提供了平安性保障。

高活性的硫铁矿纳米酶战胜了传统过氧化物纳米酶对H2O2亲和力低的问题,能够催化肿瘤部位有限的H2O2发生大量的羟基自由基。硫铁矿纳米酶的新活性——谷胱甘肽氧化酶活性的发现,不仅能为其过氧化物酶活性的施展提供底物H2O2,而且能够催化氧化谷胱甘肽,引起细胞铁殒命,从而实现肿瘤的凋亡-铁殒命协同治疗。主要的是,硫铁矿纳米酶无须其他辅助,单一质料即可实现高效、平安的肿瘤治疗效果,这注释它具有临床转化潜力。

该事情由生物物理所、扬州大学和深圳市第二人民医院相助完成。阎锡蕴,深圳市第二人民医院教授聂国辉,生物物理所研究员高利增和范克龙为论文的通讯作者;生物物理所博士生孟祥芹和扬州大学博士李丹丹为论文的配合第一作者。研究事情获得国家重点研发设计、国家自然科学基金、中科院创新交织团队和中科院青年创新促进会等的资助。

泉源: 生物物理研究所

文章链接:

温州大学在固态荧光/小分子掺杂室温磷光材料方面获系列研究进展

课题组通过在吡喃环的6位上引入苯并呋喃(NPR-Bf和PR-Bf)和苯并噻吩(NPR-Bt和PR-Bt),设计合成了多种4,5,6-三芳基-4H-吡喃衍生物(Scheme 3),研究发现这些化合物的固…