陈春英、刘晶研究员在氮掺杂增强金属纳米材料生物活性方面取得重要进展

huatai

近日，国家纳米科学中心陈春英研究员与刘晶研究员课题组在脂质体包覆的氮掺杂钛基纳米材料酶活性增强用于肿瘤治疗取得重要进展。相关研究成果“Titanium Nitride Nanozyme for pH-Responsive and Irradiation Enhanced Cascade Catalytic Tumor Therapy”发表于《德国应用化学》(Angew. Chem., Int. Ed. 2021, DOI:10.1002/anie.202106750)。
　　纳米酶是具有类生物酶活性的一类纳米材料，基于肿瘤微环境响应的纳米酶用于肿瘤治疗受到广泛关注。然而，活性不足和底物（如过氧化氢）浓度过低等问题，严重限制了肿瘤治疗效果。金属纳米材料的酶活性通常被认为来自于金属离子的类芬顿反应，非金属元素对其酶活性的影响还未定论。

纳米材料生物活性

　　氮掺杂增强金属纳米材料生物活性用于肿瘤治疗

　　国家纳米科学中心陈春英、刘晶课题组及其合作团队长期致力于生物活性纳米材料对肿瘤及感染性疾病的预防和治疗。开发了负载金属Pd的石墨炔二维纳米复合材料，模拟过氧化氢酶用于乏氧肿瘤治疗（Nano Today 2020, 34, 100907）；通过富含丰富表面及边缘缺陷的MoS2/rGO垂直异质结构实现“三合一”拟酶活性，有效抑制耐药细菌感染（Adv. Mater. 2020, 32, 2005423）；利用负载氧化铈和microRNA的石墨炔纳米颗粒改善肿瘤乏氧，提高放疗效果（Adv. Mater. 2021, 2100556）；提出了蛋白原位矿化的锰纳米佐剂，共递送重组亚单位抗原有效诱导中和抗体和细胞免疫应答（Nano Today 2021, 38, 101139）；开发了酶比色法实现生理环境下生物大分子精确检测（Anal. Chem. 2021, 93, 11123）。
　　受到生物酶催化活性中心往往是基于金属与氮配位的启发（Fe-N，Mn-N等），研究团队在前期工作基础上，将金属纳米材料酶活性增强的策略聚焦于非金属元素氮掺杂。证明N元素掺杂的TiO2纳米颗粒能够极大地提高其过氧化物酶活性，并随着N元素比例增加，酶活性增强。密度泛函理论（DFT）模拟计算表明：相较于O原子，N原子的电负性较小，为Ti发挥其更高的过氧化物酶活性提供了理想环境。此外，TiN在近红外I区和II区均显示较强的光吸收，由于温度效应和表面等离子共振效应，在近红外光照射下进一步增强TiN酶活性，同时显示光热效应。在此基础上，将pH响应性PEG修饰的葡萄糖氧化酶（GOx）共价连接于包覆了TiN纳米酶的脂质体上，构建了具有pH响应的级联催化活性纳米复合物（TLGp），实现了肿瘤的高效抑制。
　　国家纳米科学中心刘佳明博士、硕士研究生刘诗慧和济南大学的王爱珠博士为该文章的共同第一作者，国家纳米科学中心陈春英研究员、刘晶研究员和济南大学于欣副教授为共同通讯作者。上述研究工作获得了国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家自然科学基金、中科院人才项目及中科院战略性先导科技专项B类等项目的支持。
　　原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202106750。


         文章来源：国家纳米科学中心
         陈春英，国家纳米科学中心研究员、博士生导师。1996年获得华中理工大学生物医学工程专业医学博士学位。1996年11月至2006年5月，中国科学院高能物理研究所博士后并留所工作；2001年9月-2002年9月，瑞典卡罗林斯卡大学诺贝尔医学生物化学研究所博士后。2006年6月加入国家纳米科学中心。先后主持科技部973项目、国家仪器专项、国家自然科学基金、欧盟第六、第七框架计划(EU-FP6&FP7 )、国际原子能机构协调研究计划(IAEA)等多项国内与国际合作项目。中国毒理学会及国际纯粹与应用化学联合会员，担任《Metallomics》、《Nanotoxicology》、《Particle and Fibre Toxicology》和《Current Drug Metabolism》编委。相关研究成果已在Nat Methods, Nat Commun, Chem Soc Rev, Acc Chem Res, PNAS, Nano Lett, Adv Mater, ACS Nano, Small, Biomaterials等国际著名刊物发表学术论文150余篇。中国授权专利14项，国际授权专利1项。2008年获“北京市科学技术二等奖(第二获奖人)”，2011年获“中国标准化杰出人物—创新人物”奖，2012年获“国家自然科学二等奖(第二获奖人)”，2014年获“国家杰出青年科学基金”资助以及“中国青年女科学家奖”，并入选“国家百千万人才工程”、Thomson Reuters公布的“2014年全球高引用科学家”以及“中科院百人计划”。
       刘晶，国家纳米科学中心研究员，博士生导师。2017年于国家纳米科学中心获博士学位，导师为陈春英研究员。2017-2021年在西北大学生命科学与医学部任教授。2021年3月加入国家纳米科学中心。2017年作为全国全学科20名代表之一参加诺贝尔奖获得者大会，2018年入选中国科协青年人才托举工程项目，2019年获得中国毒理学家资格认证。主要基于纳米材料的生物学效应与机制，针对肿瘤和感染等重大疾病的诊断和治疗设计智能纳米药物。近年来，在纳米生物医药、药理与毒理的国际重要期刊发表SCI论文40余篇，其中以第一/通讯作者在Adv Mater, Nano Today, ACS Nano, Small, Biomaterials等学术期刊发表论文16篇。