納米酶十年：實現從檢測到腫瘤治療的目標

2007年，中科院生物物理所閻錫蘊團隊發現的納米酶入選兩院院士評選的年度「中國十大科技進展」。這一發現打破了無機與有機世界的界限，開闢了一個新領域。

10年過去了，閻錫蘊團隊繼續在納米酶領域深耕。近3個月來，他們連續發表3篇論文，實現了納米酶從發現到設計、從檢測到腫瘤治療的目標，補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團隊在《自然—實驗手冊》上發布了一項學術成果，這是該團隊3個月來發表的第三篇重要論文。閻錫蘊說：「今年是納米酶發現後的第十年。」—— 這一年碩果頻現：她們證實了納米酶能用於體內腫瘤治療；拿到了納米酶產品的首個醫療器械證書；定義了納米酶活性單位；還補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個國家逾220個實驗室開展，其應用研究也拓展到了生物、醫學、農業、環境治理、國防安全等多個領域。而中國科研人員也實現了在自己開創的領域裡領跑全球的目標。

納米酶: 一個跨界范兒十足的名字

「納米」遇上「酶」，是個跨界范兒十足的名字。閻錫蘊曾給納米酶下過一個長定義：「在納米尺度上，能呈現出酶學特性的無機材料。與天然酶類似，能在溫和的生理條件下高效催化酶的底物，產生與天然酶相同的反應產物，並可作為酶的替代品調節細胞代謝，用於疾病的診斷和治療。」

從2007年那篇開創性的論文開始，閻錫蘊團隊用一個又一個學術成果不斷完善這個定義，直到最近的3篇論文連續發表，才為上述定義畫上完美句號。

當年發現納米酶的博士生高利增，如今已是揚州大學青年千人教授，他與閻錫蘊課題組合作，設計出具有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境下表現出不同特性。在腫瘤細胞內的酸性環境中，它能發揮氧化酶和過氧化物酶活性，催化腫瘤特徵性的代謝產物，生成高毒性的活性氧自由基，從而殺傷腫瘤細胞。

如何把這個腫瘤殺手精準地送進敵營呢？幾年前，閻錫蘊團隊就研製出一種直徑12納米的鐵蛋白藥物載體，這種載體可與腫瘤細胞膜上的轉鐵蛋白受體結合，從而實現靶向運輸。

在4月3日發表於《美國化學學會—納米材料》的論文中，閻錫蘊課題組與中科院自動化所田捷課題組合作證實，鐵蛋白藥物載體與轉鐵蛋白受體結合後，可以穿越血腦屏障，並實現對原位惡性腦膠質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航，把子彈變成了導彈。閻錫蘊團隊的副研究員范克龍在動物荷瘤實驗中，發現這枚「導彈」會讓腫瘤越變越小，有些甚至結痂。這一結果4月12日在《自然—通訊》上發表，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，完成了納米酶從發現到設計、從檢測到腫瘤治療的全部環節。」閻錫蘊總結道。

中國原創 領跑全球

閻錫蘊笑稱：「我們起了一個名字，當時並沒料到會開闢一個新領域。」

納米酶問世以來，短短几年間就獲得了國內外同行的認可：不僅被收入《中國大百科全書》；還在國際知名雜誌《微尺度》上有了自己的專欄，在國際學術出版社Springer有了自己的英文專著；國際學術大會上，「納米酶」分會場迎來越來越多的同行……

英國皇家化學會刊綜述如此評價納米酶的發現:「改變了傳統觀念，開闢了新的研究方向，推動了納米材料在生物醫學的應用。」

去年10月舉行的納米酶主題香山會議上，中科院生物物理所研究員張先恩通過文獻數據分析，稱中國科學家發表的納米酶論文數量佔比達70%，高引用論文佔比達80%，近十年來高引用論文的前十名均來自中國學者。他指出，中國學者在納米酶方向的研究處於國際領先地位。

這次大會上，來自全國20多個單位不同領域的專家一致認為：納米酶是我國科學家的原創發現，也是多學科交叉協作的典範；我國科學家的原始理論創新，奠定了我國納米酶基礎研究和應用研究的世界領跑地位。

讓納米酶從可用到好用

2015年，閻錫蘊團隊憑藉納米酶試紙條獲得Atlas國際獎。這種試紙條與傳統試紙條相比，靈敏度提高了兩個數量級。在產品檢驗階段，公安部物證鑒定中心、南方醫科大學等單位參與了第三方驗證。

一根看似普通的拐杖，在雨後的淤泥里已經浸泡了數月。用傳統的膠體金方法進行血跡檢測，結果呈陰性；換上納米酶試紙後，出現了一道細淺卻分明的紅線，證明拐杖上曾經沾染過血液。面對物證，犯罪分子最終招認，這根拐杖正是他作案的兇器。

「經過一次次的驗證，我們對納米酶產品更有信心了。」負責成果轉化的閻錫蘊團隊的高級工程師張德璽說。

今年，兩個納米酶產品——便潛血檢測試劑盒和轉鐵蛋白檢測試劑盒獲得了醫療器械註冊證。他們還為試劑盒開發了相配套的全自動納米酶免疫層析儀，以推動產品模式由單純試劑向儀器試劑一體化演變。

中科院院士解思深曾對閻錫蘊說：「如果你們當年發現納米酶後，自己不去耕耘這個領域，就不會有後來的成績。」閻錫蘊對這句話感觸頗深：這些研究成果發表之初，就已經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：向成果轉化下游進發，充分挖掘納米酶的應用潛力。這條路更加艱難、充滿挑戰。

閻錫蘊在學術會議上分享鐵蛋白藥物載體的成果時，引來葯企人員的高度關注。他們紛紛詢問，這種載體最多能裝多少分子的藥物？「我當時沒有答上來。」閻錫蘊說，「我們做基礎研究，想著能裝葯就已經很好了。但是面向實際應用的人，就會關心最大載藥量和包封率，這直接關係到產品的成本和成藥性。」

回到實驗室，閻錫蘊馬上把新的任務布置下去。經過師生們的共同努力，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黴素的新葯已經進入臨床前試驗階段。

關於納米酶的機制與應用研究仍在繼續，閻錫蘊團隊昨天發表的這篇論文，首次定義了納米酶的催化活性單位，這讓納米酶產品在疾病診療中變得可以量化，將有利於相關產品的評價及開發。

(來源：中國科學報）

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