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为什么近期纳米酶的研究进展值得关注！

先丰纳米

2024-12-10

自从Yan的团队首次报道了Fe₃O₄纳米颗粒的过氧化物酶（POD）活性以来，各种纳米材料被发现具有模仿天然氧化酶的能力，如POD、氧化酶（OXD）和过氧化氢酶（CAT）。它们具有成本低、稳定性高、催化活性可调等独特优势，可替代天然酶，在生物医学和环境领域得到广泛应用。

在医学治疗中，纳米酶可以用于肿瘤、细菌感染、炎症性肠病、银屑病治疗等。在临床检测中纳米酶也具有重要的应用价值，包括核酸检测、蛋白检测、小分子检测等。

本期小丰整理了3篇纳米酶的最新研究进展，一起看下~

Biomaterials

介孔氧化铈纳米酶通过抑制失巢凋亡抗性有效阻止肿瘤和转移

失巢凋亡是正常上皮细胞失去与细胞外基质 (ECM) 连接时的程序性细胞死亡，在抑制癌细胞存活中发挥着至关重要的作用。然而对失巢凋亡具有抵抗力（AR）的癌细胞可以脱离原始ECM而存活，这可能导致肿瘤在脱离后发生扩散、迁移和侵袭。

2024年10月8日，期刊Biomaterials介绍研究人员开发了一种由聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅/纳米氧化铈（MSN-Ce@SP/PEG）新型复合纳米酶，可抑制失巢凋亡抗性。

研究发现，MSN-Ce@SP/PEG纳米酶具有良好的过氧化氢酶（CAT）活性，可有效地将肿瘤细胞内高浓度的H₂O₂转化为O₂，有效缓解肿瘤乏氧。

此外，该纳米酶也具有较高的过氧化物酶（POD）活性，能够在肝细胞癌（HCC）细胞中提高活性氧（ROS）水平，催化肿瘤内H₂O₂产生·OH，引起线粒体损伤，削弱肿瘤细胞的AR能力。在光热条件下，MSN-Ce@SP/PEG纳米酶的CAT和POD双重生物活性会得到显著增强。

因此，该纳米酶可通过这些功能的协同作用破坏脱离的HCC细胞的上皮-间质转化（EMT）过程，以抑制失巢凋亡抵抗HCC细胞的复发和转移。

该研究首次开发了一种基于介孔二氧化硅/纳米氧化铈的新型纳米酶，并将其用于治疗肝癌细胞的失巢凋亡抵抗，以抑制肝癌的复发和转移，为开发防止肝细胞癌复发和转移的新策略提供了新的见解。

文献名称：Mesoporous cerium oxide nanoenzyme for Efficacious impeding tumor and metastasis via Conferring resistance to anoikis
DOI: 10.1016/j.biomaterials.2024.122876

Advanced Healthcare Materials

MnOx纳米酶武装的CAR-NK细胞增强实体瘤免疫治疗

过继性免疫治疗是指将免疫细胞从人体提取分离，在体外实验室环境中进行扩增和功能鉴定，然后向患者回输，从而达到杀伤肿瘤的目的。

然而过继转移的细胞通常会出现耗竭、扩张受限和浸润不良的问题，因此，有必要探索更有效的策略来改善不良的肿瘤微环境（TME），以在体内有效地递送和支持外源性效应细胞。

2024年，期刊Advanced Healthcare Materials报道研究人员开发了一种智能可生物降解的中空二氧化锰纳米颗粒（MnOX ），其具有过氧化物酶活性，可催化TME中过量的H₂O₂产生氧气并缓解实体瘤的缺氧，并用CD56抗体修饰MnOX纳米酶（MnOX-CD56）武装CAR-NK细胞用于癌症治疗。

研究结果显示，MnOX-CD56与CAR-NK的协同治疗对实体瘤荷瘤小鼠具有有效的肿瘤生长抑制作用，并显著延长了小鼠的生存时间。

通过机制研究，MnOX纳米酶可以通过缓解肿瘤缺氧条件，增加浸润免疫细胞（CAR-NK细胞、小鼠B细胞和NK细胞）以及抗肿瘤相关细胞因子的分泌（IFN-γ和颗粒酶B），并促进肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）极化为M1表型，从而将免疫抑制性TME重塑为免疫激活条件。同时，更多CAR-NK细胞可以渗透到缓解的TME中以杀死肿瘤细胞。

因此，MnOX纳米酶对TME调节、CAR-NK细胞递送和抗肿瘤能力的协同治疗对实体肿瘤的精准干预提供一种创新有效的措施，为实体瘤的免疫细胞治疗提供了一种有价值的工具。

文献名称：MnOx Nanoenzyme Armed CAR-NK Cells Enhance Solid Tumor Immunotherapy by Alleviating the Immunosuppressive Microenvironment

DOI: 10.1002/adhm.202303963

Journal of Hazardous Materials

Fe/Mn DSAzyme电子循环机制加速BPA降解和纳米酶再生

双酚A（BPA）作为一种重要的工业原料，在各种高分子材料的生产中被广泛用作塑料添加剂，这不可避免地导致其进入水环境。近年来，过氧化物酶样（POD-like）能够有效激活H₂O₂产生羟基自由基（·OH），被认为是有效去除污染物的关键活性氧（ROS）。

但这种活性可能会被耗尽，且传统的纳米酶往往表现出较弱的活性，容易受到水体污染的影响。因此，开发稳定、高效、安全、具有与天然酶相当的催化活性的纳米酶仍然是研究的重中之重。

2024年7月15日，Journal of Hazardous Materials报道研究人员采用简单的热解方法合成了具有Fe-N4和Mn-N4双金属单原子活性位点的FeMn/N-CNTs双单原子纳米酶（DSAzyme）。

与单金属负载的Fe/N-CNTs和Mn/N-CNTs相比，FeMn/N-CNTs的DSAzyme表现出显著增强的POD样活性。在FeMn/N-CNTs/H₂O₂体系中，双酚A（BPA）可以在20min内被100%去除，即使在5个循环使用后仍具有出色的性能。

DFT计算表明，FeMn/N-CNTs中的Mn-N4可以很容易地吸附带负电的BPA分子并捕获电子。同时，Fe-N4位点极易吸附H₂O₂分子，使其活化并分裂为强氧化性羟基自由基（·OH）。在整个过程中，电子在BPA→Mn-N4→Fe-N4→H₂O₂中不断循环，有效地促进了Fe2+的再生。

废水的实际研究和循环实验证明了这种方法在修复水环境方面的巨大潜力。

文献名称：Electron cycling mechanism in Fe/Mn DSAzyme accelerates BPA degradation and nanoenzyme regeneration

DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.135228

先丰纳米酶材料一览

类型	名称	利用的酶活性/机制
贵金属基	金纳米颗粒	POD,CAT,SOD,OXD
	铂纳米颗粒	POD,CAT,SOD,OXD
	钯纳米颗粒	POD,CAT,SOD,OXD
金属化合物基	四氧化三铁	POD,CAT,SOD,OXD
	二氧化铈	POD（酸性环境）,CAT（中性环境）
	普鲁士蓝	POD,CAT,SOD,OXD
	四氧化三钴	POD,CAT,SOD
	氧化铜	POD,CAT,SOD
	硫化铜	POD,OXD
	二氧化锰	SOD,POD,CAT
碳基	富勒烯及其衍生物	POD,SOD,CAT
	氧化石墨烯、石墨烯量子点等	SOD,POD,核酸酶
	单壁碳纳米管	POD