生物物理所等开发出基于红细胞的单原子纳米酶

文章来源： 生物物理研究所

纳米酶是一类具有类酶催化性能的纳米材料，是新一代人工酶，在生物医学领域颇具应用前景。自2007年首次发现四氧化三铁（Fe3O4）纳米颗粒具有类过氧化物酶活性以来，铁基纳米酶在肿瘤催化治疗和抗菌等方面备受关注。然而，由于铁原子的利用率较低，纳米氧化铁的催化效率往往低于天然酶（如辣根过氧化物酶，HRP）。为了提高铁原子的利用率，科学家引入单原子设计用于构筑更加精确的活性位点，通过模拟天然酶的铁卟啉配位结构，提高了铁的催化效率和纳米酶的活力。例如，在铁单原子纳米酶中构建诸如FeN4、FeN5或FeN3P等活性位点，其催化效率和动力学可与天然酶媲美。然而，以铁盐作为铁源与碳氮化物配位，或在金属-有机框架（MOFs）中取代金属，再进行热解碳化的合成方法，除了形成单原子铁外，还会形成较多的铁团簇或铁单质，且并非完全处于单原子状态。这种不可控的铁原子状态影响纳米酶的类酶活性，并使得精确评估其催化效率变得困难。

中国科学院生物物理研究所高利增研究组提出了红细胞模板化策略，以其丰富的血红蛋白作为铁源制备铁单原子纳米酶。这一策略基本理念是改造红细胞内源铁模拟辣根过氧化物酶（HRP）的催化活性中心，由运输氧功能转化为催化功能。每个红细胞含有约2.6亿个血红蛋白，每个血红蛋白含有4个包含铁原子的环状血红素，这使它们成为单原子铁的理想来源，用以制备模拟HRP活性的纳米酶。

为了证明这一假设，该研究将细胞固定、盐化和热解碳化等过程相结合，以红细胞作为模板，合成了具有均匀单原子Fe的纳米酶。如图所示，这种红细胞模板纳米酶（Erythrocyte-templated nanozymes，ETN）表现出类过氧化物酶（POD）活性，催化H2O2产生羟基自由基（·OH），并可以通过近红外（NIR）光照射进一步增强。此外，制备的ETN呈蜂窝状结构，可作为纳米海绵促进血液凝固。这些特性使ETN成为多功能材料，可促进感染伤口的愈合。

相关研究成果以An Erythrocyte-Templated Iron Single-Atom Nanozyme for Wound Healing为题，在线发表在Advanced Science上。该研究由生物物理所和北京交通大学合作完成。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

论文链接

以红细胞为模板制备的单原子纳米酶促进感染伤口愈合