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酶催化的原子转移自由基聚合(ATRPase)和金属配位交联方法成功制备出纳米人工多酶凝胶体系
常见的纳米酶大多数是金属化合物纳米颗粒,其催化活性主要是来自在纳米颗粒表面的金属离子。在自然界中,生物酶的特征表明活性位点和支持、稳定活性位点的网络环境对于高催化效率同样重要。通过调整活性位点的成分和环境可以实现高的活性和选择性。水凝胶是一类具有良好生物相容性的三维亲水网络材料,其结构可以有效地保护酶分子活性中心,同时提供更好的底物迁移微环境,从而实现有效的催化作用,载酶水凝胶材料已成为生物学研究中的热点。纳米凝胶为水凝胶的纳米粒子,具有类似于宏观水凝胶材料的亲水网络及类似流体的传输特性,其纳米的尺寸可以作为进一步体内生物应用的理想载体。在受限的纳米空间中实现修饰或组装以获得杂化纳米凝胶仍然存在挑战。应对这一挑战,同济大学化学科学与工程学院王启刚团队从仿生的角度出发,设计了一种酶催化的原子转移自由基聚合(ATRPase)和金属配位交联方法成功制备出纳米人工多酶凝胶体系。该体系具有模拟超氧化物歧化酶(SOD-like)和过氧化物酶(POD-like)特性,可以实现肿瘤微环境级联催化的响应成像。日前,相关研究成果以“Multienzyme‐Mimic Nanogels Synthesized by Biocatalytic ATRP and Metal Coordination for Bioresponsive Fluorescence Imaging”为题,发表在国际著名学术期刊 Angewandte Chemie International Edition (《德国应用化学》) 上。同济大学化学科学与工程学院为该文的唯一通讯作者单位,硕士生齐美园为第一作者,王霞副教授和王启刚教授为共同通讯作者。 图1.(a)人工多酶凝胶体系的ATRPase及配位交联制备流程(b)模拟SOD和POD级联酶催化的肿瘤微环境响应的荧光成像机制。研究人员首先在纳米粒子表面修饰酶催化的原子转移自由基聚合的引发剂(-Br),以具有良好生物相容性的生物酶为催化剂,修饰有双键的赖氨酸(N-acryloyl-L-lysine)为聚合单体,在纳米粒子周围聚合制备得到聚赖氨酸高分子刷,最后通过亚铁配位交联,从而构建出具有多酶活性的人工多酶凝胶体系(如图1所示)。凝胶体系中高分散的Fe离子一方面作为凝胶网络的交联剂,同时作为模拟酶的活性中心。通过模拟SOD和POD酶,先将肿瘤部位高水平的O 2 •− 催化转化为H 2 O 2 ,进一步基于肿瘤部位提升的H 2 O 2 通过级联酶催化反应实现肿瘤微环境响应的安全、高效的肿瘤成像。该人工多酶凝胶体系类似自然的过氧化物酶催化机制不产生羟基自由基,具有低毒性和高生物安全性。同时,ATRPase方法和金属配位交联技术可进一步实现多种纳米材料体系的制备,用于药物输送和其他生物医学应用。该研究成果得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等经费支持以及中国科学院强磁场科学中心的技术支持。王启刚教授团队多年来一直致力于高分子凝胶固定酶技术及其生物诊疗应用,近5年累计以通讯作者在 Adv.Mater. ,  Nat. Commun. ,  Angew. Chem. Inter. Ed. 等期刊发表SCI论文50多篇。文献链接:https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202002331  PDF:anie_202002331.pdf课题组网站:https://qgwang.tongji.edu.cn/
同济大学 2021-04-11
我校理学院曾红丽副教授在新冠基因研究方面取得重要进展
南京邮电大学理学院曾红丽副教授与合作者在新型冠状病毒SARS-CoV-2基因序列分析方面取得重要进展,预测了该病毒在自然选择过程中的适应性,指出并分析了该病毒在演化过程中存在的弱点,分析了相应综合医药开发应注意的关键基因位点。该成果以南京邮电大学为第一完成单位,于2020年11月17日在线发表于国际权威期刊美国国家科学院院刊(PNAS)上。 COVID-19疫情是由β-冠状病毒SARS-CoV-2引起的全球性公共卫生突发事件。各类数据库搜集了大量的且不断增加的高质量全基因组序列。本工作利用这些序列,研究其是否显示出病毒演化过程中上位性对适应性的影响。在具有高重组率的种群演化中,本工作创新性地发展和应用了统计物理学中的反Potts模型,来检测自然选择过程中的上位性影响。该工作为利用大量基因组序列来获取具有高重组率的病原体在演化过程中的弱点开辟了广阔前景。 该研究工作最终将新型冠状病毒的大约3万个基因位点浓缩为存在显著相互影响的8对基因位点(ORF3a和nsp2,nsp12和nsp6,ORF8和nsp4,以及基因nsp2,nsp13和nsp14),为寻找病毒病原体结合和重组过程中存在的弱点带来了希望,对开发临床治疗的综合靶向药物、研究病毒进入宿主后的发病机制有着很强的生物医学指导意义。 和其他许多疾病一样,针对COVID-19的潜在药物靶标的组合数量非常多。本研究工作不仅提供了哪些基因位点之间存在相互影响,并可以对其进行排名,从而进行更进一步详细研究。结合随机性检验,该研究工作最终预测了存在显著上位性的8对基因位点中,有3对涉及到与新冠肺炎的重症密切相关的病毒基因ORF3a。遗憾的是,目前关于针对ORF3a基因的临床靶向药物的报道还较为罕见,值得医药学研究人员在该方面加强研究。另外,本研究工作中预测的8对基因位点可作为实验生物学的原假设,以供生物学研究人员在此基础上设置相关微生物实验,研究新冠病毒进入人体后引起发病的机理。 此项研究工作由南京邮电大学与意大利的里雅斯特大学、古巴哈瓦那大学、瑞典哥德堡大学及瑞典皇家理工大学合作完成。曾红丽副教授的研究工作受到国家自然科学基金委(基金号11705097)、江苏省科学技术厅(基金号BK20170895)以及江苏省政府留学奖学金的大力支持。
南京邮电大学 2021-04-26
西安交通大学科研团队在环戊烷分子高效合成上取得重要进展
环戊烷结构广泛存在于天然产物及药物分子中,是小分子药物研发过程中出镜率很高的核心骨架之一。因此,如何方便、高效地合成多取代环戊烷分子一直是药物化学和有机合成领域的热点研究方向。
西安交通大学 2022-06-16
西南大学胡昌华廖国建教授团队在治疗耐药真菌感染领域获得重要进展
机制研究发现高浓度优选化合物MW5破坏真菌细胞膜并诱导细胞产生ROS进而导致细胞死亡,低浓度MW5能破坏药物外排泵MDR1功能,进而增加氟康唑胞内浓度进而逆转其耐药性。
西南大学 2022-06-10
东北师范大学遗传学科在核质协同进化领域取得重要进展
近日,我校生命科学学院分子表观遗传学教育部重点实验室宫磊教授课题组在多倍体植(作)物核质协同进化领域取得突破性进展,研究成果“AtemporalgradientofcytonuclearcoordinationofchaperoninsandchaperonesduringRuBisCobiogenesisinallopolyploidplants”(“异源多倍体植物RuBisCo生物合成过程中的伴侣蛋白在时间梯度层面的核质协同进化”)发表在国际著名综合性学术期刊《PNAS,美国科学院院报》上。
东北师范大学 2022-09-27
东南大学张袁健团队在纳米酶催化机制方面取得重要研究成果
近日,东南大学化学化工学院、江苏省富碳材料器件工程研究中心张袁健教授团队(https://carbosensing.group)在Fe-N-C纳米酶在催化抗坏血酸氧化反应中的机制研究取得进展,相关成果以“Insights into Iron Leaching from an Ascorbate-Oxidase-like Fe-N-C Nanozyme and Oxygen Reduction Selectivity”为题在化学领域国际权威学术期刊Angew. Chem. Int. Ed.以VIP Paper形式在线发表。
东南大学 2023-05-15
西安交通大学科研人员在无线电能传输领域取得重要进展
近日,西安交通大学电气学院先进电磁调控与能量转换技术研究中心(CAEMEC)马西奎教授团队董天宇副教授和邹建龙副教授等通过开展互感耦合多线圈系统和非线性电路的理论研究,发现并提出一种新的理论方案——在三线圈互感耦合谐振电路系统中,利用非线性放大器的自适应增益特性,实现在变化互感耦合参数下的定频高效无线电能传输。
西安交通大学 2023-02-23
西安交大科研人员在肝内胆管癌发病机制研究方面取得重要进展
首次发现并验证肝脏内部上皮细胞从分化到癌化过程中的关键驱动基因,并首次发现顶端内皮细胞在响应纤维细胞刺激的同时促进纤维细胞的重塑,最终促进肿瘤细胞增殖的动态过程及分子机制。
西安交通大学 2022-05-27
教育部明确11项重点任务,加快推进现代职业教育体系建设改革
加快构建央地互动、区域联动、政行企校协同的职业教育高质量发展新机制,有序有效推进现代职业教育体系建设改革。
微言教育 2023-07-18
III-V族半导体合金体系热、动力学计算机辅助分析系统
III-V族半导体合金体系热、动力学计算机辅助分析系统建立并完善了含Al-Ga-In-N-P-As-Sb-C-H等多元体系的III-V族合金化合物半导体热力学数据库,使之成为当前国际上数据资源相对丰富、可靠程度高的专业型数据库。在此基础上,应用该计算机辅助分析系统,可采用统一的成分空间表达方式,将覆盖四元半导体整个成分空间的光电性能(能量间隙或波长)、与相应衬底匹配的成分条件、以及各种温度下发生溶解间隙的成分范围,投影于一平面,构成III-V族半导体体系综合优化图,用以对金属有机物气相外延工艺进行辅助分析、确定满足优质半导体生长的成分空间、预测外延层半导体的成分等。同时,该系统还发展了非平衡过程分析研究方法:亚稳平衡处理、条件平衡处理和不可逆过程分析处理等,这些方法有助于III-V族半导体液相外延、气相外延和金属有机物气相外延工艺过程的热力学分析。 该项目面向光电子材料和器件的研制与生产 III-V族半导体合金体系热、动力学计算机辅助分析系统,目前主要是作为应用研究,服务于有关光电子材料和器件的研制与生产过程中工艺条件的辅助设计,以促进III-V族半导体液相外延、气相外延和金属有机物气相外延工艺逐步从经验设计迈向科学设计,在相关领域的高技术产业化方面起积极作用。 Al-Ga-In-N-P-As-Sb-C-H等多元体系的III-V族合金化合物半导体热力学数据库;瑞典皇家工学院Thermo-Calc相平衡热力学计算软件。
北京科技大学 2021-04-11
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