納米酶十年：從原創(chuàng)走向領(lǐng)跑

李晨陽

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)月來發(fā)表的第3篇重要論文。閻錫蘊(yùn)說：“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)國家逾220個(gè)實(shí)驗(yàn)室開展，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、國防安全等多個(gè)領(lǐng)域。而中國科研人員也實(shí)現(xiàn)了在自己開創(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)曾給納米酶下過一個(gè)長定義：“在納米尺度上，能呈現(xiàn)出酶學(xué)特性的無機(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年那篇開創(chuàng)性的論文開始，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)并沒料到會(huì)開辟一個(gè)新領(lǐng)域。”

納米酶問世以來，短短幾年間就獲得了國內(nèi)外同行的認(rèn)可：被收入《中國大百科全書》；在國際知名雜志《微尺度》上有了自己的專欄，在國際學(xué)術(shù)出版社Springer有了自己的英文專著；在國際學(xué)術(shù)大會(huì)上，“納米酶”分會(huì)場(chǎng)迎來越來越多的同行……

英國皇家化學(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。”

2017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文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析，稱中國科學(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%，近十年來高引用論文的前十名均來自中國學(xué)者。他指出，中國學(xué)者在納米酶方向的研究處于國際領(lǐng)先地位。

這次大會(huì)上，來自全國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；我國科學(xué)家的原始理論創(chuàng)新，奠定了我國納米酶基礎(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。

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：“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)有后來的成績。”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)，引來藥企人員的高度關(guān)注。他們紛紛詢問這種載體最多能裝多少分子的藥物。“我當(dāng)時(shí)沒有答上來。”閻錫蘊(yùn)說，“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)這次發(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)及開發(fā)。

（本文轉(zhuǎn)自《中國科學(xué)報(bào)》）