梁敏敏课题组在单原子纳米酶理性设计方面获得重要进展

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2021年5月6日， Nature Catalysis 期刊发表了题为" Matching the kinetics of native enzymes with a single-atom iron nanozyme "的研究文章。文中设计了一种以FeN3P为中心的单原子纳米酶(FeN3P-SAzyme)，它通过磷和氮的精确配位来控制单原子铁活性中心的电子结构，表现出类似于天然酶的催化活性和动力学。特别是，设计的FeN3P-SAzyme具有可调控的几何结构和电子结构，表现出与酶的催化动力学相类似的催化性能。作者用密度泛函理论计算解释了该单原子纳米酶类酶活性与底物特异性的起源。最后，作者证明了开发的FeN3P-SAzyme所具有的优越类酶活性，可作为抑制肿瘤细胞生长的有效治疗策略。

单原子纳米酶理性设计模拟天然酶

        自20世纪50年代以来，人工酶的活性远低于天然酶，这是一个长期困扰生物、化学等科学家的重要科学问题。设计和开发具有优异催化性能的人工酶一直是科技工作者们共同追求的重要目标。单原子纳米酶由于具有可设计规划的几何结构和电子配位，其可以在原子水平上有效地模拟天然酶的金属活性中心，是替代天然酶最具潜力的候选者之一，也为开发具有天然酶催化性能的人工酶开辟了一条新途径。
        文章的通讯作者是北京理工大学梁敏敏教授、清华大学王定胜副教授、中国科学院生物物理所研究所阎锡蕴院士、清华大学李亚栋院士，第一作者是清华大学化学系博士后冀淑方、北京理工大学材料学院博士后蒋冰、内蒙古大学化学化工学院副教授郝海刚、清华大学化学系博士生陈远均。本研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金和北京市科委项目等支持。
       文章信息：Ji, S., Jiang, B., Hao, H. et al. Matching the kinetics of natural enzymes with a single-atom iron nanozyme. Nat Catal (2021). https://doi.org/10.1038/s41929-021-00609-x


        文章来源：北京理工大学
        梁敏敏，北京理工大学教授。主要从事仿生纳米材料的生物工程化制备及其生物医学应用方面的研究。（1）首次报道了人铁蛋白天然识别肿瘤的新特性，阐明了铁蛋白由受体TfR1介导的肿瘤识别机制，并在大量临床样本上验证了铁蛋白的肿瘤识别特异性，体现了铁蛋白的重大临床应用价值。研究成果发表在《Nature Nanotechnology》，入选中国十大科技进展及中国科学院重大科技成果；（2）研制出具有重大临床应用前景的仿生纳米材料，实现了仿生纳米铁蛋白的生物工程化规模制备，建立了g 级生产工艺，制定了相应质控标准，研究成果发表在《Nature Protocols》；（3）利用仿生纳米铁蛋白的生物相容性及肿瘤靶向性，将抗癌药物高剂量装载于铁蛋白纳米空腔内，制备了铁蛋白纳米药物靶向递送系统，实现了抗癌药物的高效体内靶向输送，仅单次给药就有效抑制了肿瘤成长，研究成果发表在《PNAS》；（4）发现仿生铁蛋白的癌细胞高效转运通路，能够将信号分子高浓度富集于肿瘤细胞，克服了核医学与磁共振两种成像方式在灵敏度上存在的巨大差异（灵敏度相差107倍），实现了体内癌灶最高分辨率的形态学成像（磁共振）及最佳灵敏度的功能成像（核医学），研究成果发表在《ACS Nano》；（5）开发了基于仿生纳米铁蛋白的肿瘤病理诊断试剂盒，相关专利获得国内及美欧日授权，专利实现成果转让，并于2018年获两项医疗器械注册证书。仿生纳米铁蛋白用于肿瘤多模诊疗的工作是迄今为数不多的由中国人发现、国际认可并实现成果转化的系统性工作。鉴于以上重要学术贡献，申请人于2014年入选“中国科学院青年创新促进会”， 2018年入选中科院青年创新促进会优秀会员，多次应邀在国际、国内学术会议上做大会/特邀报告10余次。担任JACS，Nature Nanotechnology，PNAS 等30多个国际期刊的学术审稿人。2017年获优国家优秀青年科学基金，2018年获第三届中源协和生命医学奖。
        王定胜， 2004年于中国科学技术大学化学物理系获理学学士学位。2009年于清华大学化学系获理学博士学位。2009至2012年在清华大学物理系从事博士后研究。2012年7月加入清华大学化学系，被聘为讲师，2012年12月，晋升为副教授。2015年获博士生导师资格。研究领域为无机纳米材料化学，自2009年博士毕业以来，一直以无机纳米合成化学为基础，主要从事金属纳米晶、团簇及单原子为主的无机功能纳米材料的合成、结构调控与催化性能研究。2012年获全国优秀博士学位论文奖。2013年获国家优秀青年科学基金。2018年获青年拔尖。近三年发表学术论文47篇，含1篇Proc. Natl. Acad. Sci.、1篇Sci. Adv.、5篇Nature Commun.、7篇J. Am. Chem. Soc.、6篇Angew. Chem. Int. Ed.、5篇Adv. Mater.、1篇Energy Environ. Sci.、1篇Joule等。
         李亚栋，院士，清华大学化学系教授，于2001和2008年两次获国家自然科学奖二等奖，从事无机纳米材料合成化学研究，目前致力于挑战金属团簇、单原子催化剂以期实现非贵金属替代贵金属催化剂、探索实现催化新反应，解决催化剂均相催化异相化实验室与工业化技术难题。