谷战军课题组

Chemical Engineering Journal:纳米酶在抗菌领域的研究进展

2021-07-05 22:26浏览数:101 

随着对传统抗生素的滥用,多重耐药性“超级细菌”的出现已经对人类生活造成了严重的威胁,然而能够抑制新型抗耐药性细菌的抗生素具有研发过程缓慢、研发成本高、周期长等明显劣势,因此迫切需要一种新的抗耐药性细菌的杀菌剂。近年来,科研工作者对纳米材料在抗菌领域的研究越来越深入,并且一些基于纳米材料的相关抗菌产品已经逐步进入人们的生活。其中,具有类酶催化活性的纳米材料被称之为纳米酶。纳米酶不仅兼具纳米材料独特的理化性质与天然酶的催化功能,而且具有低成本、高催化稳定性、易于大量制备生产、多功能性等独特优势,因此越来越多的纳米酶被设计出来并在微生物检测、治疗细菌感染引起的相关疾病、清除细菌生物膜以及抗污等方面表现出优异的抗菌性能。


近期,中国科学院高能物理研究所谷战军研究员团队在《Chemical Engineering Journal》杂志上发表了题为“An overview of the use of nanozymes in antibacterial applications”的综述文章,系统地介绍了抗菌纳米酶的主要类型、相关的抗菌机制、影响及改善催化活性抗菌性能的因素及措施,同时重点讨论了抗菌纳米酶的相关生物安全性问题,此外还针对抗菌纳米酶的临床转化所面临的挑战进行了分析和总结。首先,文章梳理了具有不同拟酶催化活性的抗菌纳米酶的三种机制:(1)产生高毒性活性氧(H2O2OH1O2)的纳米酶(OXDPODCATSOD)杀菌机制;(2)产生高毒性次氯/溴酸的纳米酶(卤素过氧化物酶)杀菌机制;(3)清除细胞外基质(eDNA)的纳米酶(DNase)抗生物膜机制。随后详细阐述并分析了理化参数(包括尺寸、形状、层数、相结构及表面功能化等)对纳米酶催化活性的影响及提高活性的优化措施。其次,该综述根据纳米酶的元素组成和形态结构对纳米酶进行了分类介绍(如金属基、碳基、过渡金属基、单原子、MOF基以及其他纳米酶)。同时详细介绍并讨论了纳米酶在抗菌中的具体应用,主要包括治疗细菌感染性疾病、清除细菌生物膜以及抗污等三个方面。


尽管纳米酶在抗菌领域显示出巨大的潜能,但是其生物安全性问题是实现临床转化非常重要的前提条件,因此该综述重点阐述并讨论了纳米酶生物安全性问题的研究意义、研究现状、影响因素以及提高生物安全性的诸多可行性措施。


最后,文章探讨了纳米酶在今后的研究重点,如催化活性的提高、催化选择性的控制、催化机制的深入研究、抗菌种类的扩展与体内外生物安全性的保障等问题。作为一种新型的抗菌纳米材料,希望通过此文的综述介绍能够对今后纳米酶抗菌的进一步研究及现有成果的临床转化起到推动和指导作用。


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示意图1. 纳米酶抗菌的三种主要机制


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示意图2. 纳米酶分类及在抗菌领域的应用



中国科学院高能物理研究所的谷战军研究员和尹文艳副研究员为文章的共同通讯作者,课题组博士生梅林强为文章第一作者。



参考文献:

Linqiang Mei, Shuang Zhu, Yaping Liu, Wenyan Yin*, Zhanjun Gu*, Yuliang Zhao. An overview of the use of nanozymes in antibacterial applications, Chemical Engineering Journal. 2021; 418(15): 129431.

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129431