組織機(jī)構(gòu)
魅力一中 輝煌卓著
納米酶十年:從原創(chuàng)走向領(lǐng)跑
納米酶十年:從原創(chuàng)走向領(lǐng)跑
2007年,中科院生物物理所閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的納米酶入選兩院院士評(píng)選的年度“中國(guó)十大科技進(jìn)展”。這一發(fā)現(xiàn)打破了無(wú)機(jī)與有機(jī)世界的界限,開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域。 10年過(guò)去了,閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在納米酶領(lǐng)域深耕。近3個(gè)月來(lái),他們連續(xù)發(fā)表3篇論文,實(shí)現(xiàn)了納米酶從發(fā)現(xiàn)到設(shè)計(jì)、從檢測(cè)到腫瘤治療的目標(biāo),補(bǔ)全了納米酶的定義版圖。 7月2日,中科院院士、中科院生物物理所研究員閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)在《自然—實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》上發(fā)布了一項(xiàng)學(xué)術(shù)成果,這是該團(tuán)隊(duì)3個(gè)月來(lái)發(fā)表的第三篇重要論文。閻錫蘊(yùn)說(shuō):“今年是納米酶發(fā)現(xiàn)后的第十年。”—— 這一年碩果頻現(xiàn):她們證實(shí)了納米酶能用于體內(nèi)腫瘤治療;拿到了納米酶產(chǎn)品的首個(gè)醫(yī)療器械證書;定義了納米酶活性單位;還補(bǔ)全了納米酶的定義版圖。 放眼全世界,近10年間,納米酶研究已在26個(gè)國(guó)家逾220個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展,其應(yīng)用研究也拓展到了生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境治理、國(guó)防安全等多個(gè)領(lǐng)域。而中國(guó)科研人員也實(shí)現(xiàn)了在自己開(kāi)創(chuàng)的領(lǐng)域里領(lǐng)跑全球的目標(biāo)。 納米酶: 一個(gè)跨界范兒十足的名字 “納米”遇上“酶”,是個(gè)跨界范兒十足的名字。閻錫蘊(yùn)曾給納米酶下過(guò)一個(gè)長(zhǎng)定義:“在納米尺度上,能呈現(xiàn)出酶學(xué)特性的無(wú)機(jī)材料。與天然酶類似,能在溫和的生理?xiàng)l件下高效催化酶的底物,產(chǎn)生與天然酶相同的反應(yīng)產(chǎn)物,并可作為酶的替代品調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝,用于疾病的診斷和治療。” 從2007年那篇開(kāi)創(chuàng)性的論文開(kāi)始,閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)用一個(gè)又一個(gè)學(xué)術(shù)成果不斷完善這個(gè)定義,直到最近的3篇論文連續(xù)發(fā)表,才為上述定義畫上完美句號(hào)。 當(dāng)年發(fā)現(xiàn)納米酶的博士生高利增,如今已是揚(yáng)州大學(xué)青年千人教授,他與閻錫蘊(yùn)課題組合作,設(shè)計(jì)出具有4種不同酶活性的新型納米酶——氮碳納米酶。這種模擬酶可以在不同環(huán)境下表現(xiàn)出不同特性。在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的酸性環(huán)境中,它能發(fā)揮氧化酶和過(guò)氧化物酶活性,催化腫瘤特征性的代謝產(chǎn)物,生成高毒性的活性氧自由基,從而殺傷腫瘤細(xì)胞。 如何把這個(gè)腫瘤殺手精準(zhǔn)地送進(jìn)敵營(yíng)呢?幾年前,閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)就研制出一種直徑12納米的鐵蛋白藥物載體,這種載體可與腫瘤細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)靶向運(yùn)輸。 在4月3日發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)—納米材料》的論文中,閻錫蘊(yùn)課題組與中科院自動(dòng)化所田捷課題組合作證實(shí),鐵蛋白藥物載體與轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合后,可以穿越血腦屏障,并實(shí)現(xiàn)對(duì)原位惡性腦膠質(zhì)瘤的靶向和有效治療。 把鐵蛋白修飾到氮碳納米酶上,就像為武器裝上了導(dǎo)航,把子彈變成了導(dǎo)彈。閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)的副研究員范克龍?jiān)趧?dòng)物荷瘤實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)這枚“導(dǎo)彈”會(huì)讓腫瘤越變?cè)叫。行┥踔两Y(jié)痂。這一結(jié)果4月12日在《自然—通訊》上發(fā)表,建立了納米酶靶向催化治療腫瘤的新策略。 “至此,我們完整地闡釋了納米酶的定義,完成了納米酶從發(fā)現(xiàn)到設(shè)計(jì)、從檢測(cè)到腫瘤治療的全部環(huán)節(jié)。”閻錫蘊(yùn)總結(jié)道。 中國(guó)原創(chuàng) 領(lǐng)跑全球 閻錫蘊(yùn)笑稱:“我們起了一個(gè)名字,當(dāng)時(shí)并沒(méi)料到會(huì)開(kāi)辟一個(gè)新領(lǐng)域。” 納米酶問(wèn)世以來(lái),短短幾年間就獲得了國(guó)內(nèi)外同行的認(rèn)可:不僅被收入《中國(guó)大百科全書》;還在國(guó)際知名雜志《微尺度》上有了自己的專欄,在國(guó)際學(xué)術(shù)出版社Springer有了自己的英文專著;國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)上,“納米酶”分會(huì)場(chǎng)迎來(lái)越來(lái)越多的同行…… 英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)刊綜述如此評(píng)價(jià)納米酶的發(fā)現(xiàn):“改變了傳統(tǒng)觀念,開(kāi)辟了新的研究方向,推動(dòng)了納米材料在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。” 去年10月舉行的納米酶主題香山會(huì)議上,中科院生物物理所研究員張先恩通過(guò)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析,稱中國(guó)科學(xué)家發(fā)表的納米酶論文數(shù)量占比達(dá)70%,高引用論文占比達(dá)80%,近十年來(lái)高引用論文的前十名均來(lái)自中國(guó)學(xué)者。他指出,中國(guó)學(xué)者在納米酶方向的研究處于國(guó)際領(lǐng)先地位。 這次大會(huì)上,來(lái)自全國(guó)20多個(gè)單位不同領(lǐng)域的專家一致認(rèn)為:納米酶是我國(guó)科學(xué)家的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn),也是多學(xué)科交叉協(xié)作的典范;我國(guó)科學(xué)家的原始理論創(chuàng)新,奠定了我國(guó)納米酶基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的世界領(lǐng)跑地位。 讓納米酶從可用到好用 2015年,閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)?wèi){借納米酶試紙條獲得Atlas國(guó)際獎(jiǎng)。這種試紙條與傳統(tǒng)試紙條相比,靈敏度提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在產(chǎn)品檢驗(yàn)階段,公安部物證鑒定中心、南方醫(yī)科大學(xué)等單位參與了第三方驗(yàn)證。 一根看似普通的拐杖,在雨后的淤泥里已經(jīng)浸泡了數(shù)月。用傳統(tǒng)的膠體金方法進(jìn)行血跡檢測(cè),結(jié)果呈陰性;換上納米酶試紙后,出現(xiàn)了一道細(xì)淺卻分明的紅線,證明拐杖上曾經(jīng)沾染過(guò)血液。面對(duì)物證,犯罪分子最終招認(rèn),這根拐杖正是他作案的兇器。 “經(jīng)過(guò)一次次的驗(yàn)證,我們對(duì)納米酶產(chǎn)品更有信心了。”負(fù)責(zé)成果轉(zhuǎn)化的閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)的高級(jí)工程師張德璽說(shuō)。 今年,兩個(gè)納米酶產(chǎn)品——便潛血檢測(cè)試劑盒和轉(zhuǎn)鐵蛋白檢測(cè)試劑盒獲得了醫(yī)療器械注冊(cè)證。他們還為試劑盒開(kāi)發(fā)了相配套的全自動(dòng)納米酶免疫層析儀,以推動(dòng)產(chǎn)品模式由單純?cè)噭┫騼x器試劑一體化演變。 中科院院士解思深曾對(duì)閻錫蘊(yùn)說(shuō):“如果你們當(dāng)年發(fā)現(xiàn)納米酶后,自己不去耕耘這個(gè)領(lǐng)域,就不會(huì)有后來(lái)的成績(jī)。”閻錫蘊(yùn)對(duì)這句話感觸頗深:這些研究成果發(fā)表之初,就已經(jīng)是令人稱羨的高影響因子論文了。如果大家就此滿足,納米酶研究或許從此就被束之高閣,也有可能被他人捷足先登。 好在他們選擇了另一條路:向成果轉(zhuǎn)化下游進(jìn)發(fā),充分挖掘納米酶的應(yīng)用潛力。這條路更加艱難、充滿挑戰(zhàn)。 閻錫蘊(yùn)在學(xué)術(shù)會(huì)議上分享鐵蛋白藥物載體的成果時(shí),引來(lái)藥企人員的高度關(guān)注。他們紛紛詢問(wèn),這種載體最多能裝多少分子的藥物?“我當(dāng)時(shí)沒(méi)有答上來(lái)。”閻錫蘊(yùn)說(shuō),“我們做基礎(chǔ)研究,想著能裝藥就已經(jīng)很好了。但是面向?qū)嶋H應(yīng)用的人,就會(huì)關(guān)心最大載藥量和包封率,這直接關(guān)系到產(chǎn)品的成本和成藥性。” 回到實(shí)驗(yàn)室,閻錫蘊(yùn)馬上把新的任務(wù)布置下去。經(jīng)過(guò)師生們的共同努力,鐵蛋白納米載體的載藥量從30分子增加到200分子。目前,這種鐵蛋白包裹化療藥物阿霉素的新藥已經(jīng)進(jìn)入臨床前試驗(yàn)階段。 關(guān)于納米酶的機(jī)制與應(yīng)用研究仍在繼續(xù),閻錫蘊(yùn)團(tuán)隊(duì)昨天發(fā)表的這篇論文,首次定義了納米酶的催化活性單位,這讓納米酶產(chǎn)品在疾病診療中變得可以量化,將有利于相關(guān)產(chǎn)品的評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)。
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