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團隊在《自然—實驗手冊》上發(fā)布了一項學術(shù)成果，這是該團隊3個月來發(fā)表的第3篇重要論文。閻錫蘊說：“今年是納米酶發(fā)現(xiàn)后的第十年?！薄@一年碩果頻現(xiàn)：她們證實了納米酶能用于體內(nèi)腫瘤治療，拿到了納米酶產(chǎn)品的首個醫(yī)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(yī)學、農(nóng)業(yè)、環(huán)境治理、國防安全等多個領(lǐng)域。而中國科研人員也實現(xiàn)了在自己開創(chuàng)的領(lǐng)域里領(lǐng)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(xiàn)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(chǎn)生與天然酶相同的反應產(chǎn)物，并可作為酶的替代品調(diào)節(jié)細胞代謝，用于疾病的診斷和治療?！?/p>

從2007年那篇開創(chuàng)性的論文開始，閻錫蘊團隊用一個又一個學術(shù)成果不斷完善這個定義，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。

當年發(fā)現(xiàn)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(shè)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(huán)境下表現(xiàn)出不同特性。在腫瘤細胞內(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胞膜上的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合，從而實現(xiàn)靶向運輸。

在4月3日發(fā)表于《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(zhuǎn)鐵蛋白受體結(jié)合后，可以穿越血腦屏障，并實現(xiàn)對原位惡性腦膠質(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(fā)現(xiàn)這枚“導彈”會讓腫瘤越變越小，有些甚至結(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、從檢測到腫瘤治療的全部環(huán)節(jié)。”閻錫蘊總結(jié)道。

中國原創(chuàng) 領(lǐng)跑全球

閻錫蘊笑稱：“我們起了一個名字，當時并沒料到會開辟一個新領(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，在國際學術(shù)出版社Springer有了自己的英文專著；在國際學術(shù)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(fā)現(xiàn)：“改變了傳統(tǒng)觀念，開辟了新的研究方向，推動了納米材料在生物醫(yī)學的應用?！?/p>

2017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(shù)據(jù)分析，稱中國科學家發(fā)表的納米酶論文數(shù)量占比達70%，高引用論文占比達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于國際領(lǐng)先地位。

這次大會上，來自全國20多個單位不同領(lǐng)域的專家一致認為：納米酶是我國科學家的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，也是多學科交叉協(xié)作的典范；我國科學家的原始理論創(chuàng)新，奠定了我國納米酶基礎(chǔ)研究和應用研究的世界領(lǐng)跑地位。

讓納米酶從可用到好用

2015年，閻錫蘊團隊憑借納米酶試紙條獲得Atlas國際獎。這種試紙條與傳統(tǒng)試紙條相比，靈敏度提高了兩個數(shù)量級。在產(chǎn)品檢驗階段，公安部物證鑒定中心、南方醫(yī)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)的膠體金方法進行血跡檢測，結(jié)果呈陰性；換上納米酶試紙后，出現(xiàn)了一道細淺卻分明的紅線，證明拐杖上曾經(jīng)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(jīng)過一次次的驗證，我們對納米酶產(chǎn)品更有信心了?！必撠煶晒D(zhuǎn)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(chǎn)品—便潛血檢測試劑盒和轉(zhuǎn)鐵蛋白檢測試劑盒獲得了醫(yī)療器械注冊證。他們還為試劑盒開發(fā)了相配套的全自動納米酶免疫層析儀，以推動產(chǎn)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(fā)現(xiàn)納米酶后，自己不去耕耘這個領(lǐng)域，就不會有后來的成績?！遍愬a蘊對這句話感觸頗深：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)化下游進發(fā)，充分挖掘納米酶的應用潛力。這條路更加艱難，充滿挑戰(zhàn)。

閻錫蘊在學術(shù)會議上分享鐵蛋白藥物載體的成果時，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。“我當時沒有答上來?！遍愬a蘊說，“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應用的人，就會關(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?！?/p>

回到實驗室，閻錫蘊馬上把新的任務(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)進入臨床前試驗階段。

關(guān)于納米酶的機制與應用研究仍在繼續(xù)，閻錫蘊團隊這次發(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)品的評價及開發(fā)。

（本文轉(zhuǎn)自《中國科學報》）