科学家首次发现氧化铁纳米颗粒模拟酶

《自然—纳米技术》：拓展了磁性纳米颗粒的应用范围
 
中国科学院生物物理研究所阎锡蕴研究小组的《氧化铁纳米颗粒具有过氧化物酶活性》一文，日前在9月份出版的《自然—纳米技术》杂志上发表。该刊物同时配发的评论文章《氧化铁纳米颗粒：蕴藏的功能》称：“阎锡蕴、柯沙和同事们首次发现氧化铁纳米颗粒具有类似过氧化物酶的催化活性，并提出了氧化铁纳米颗粒模拟酶的概念。这一发现不仅为惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性的学说提供了新的论据，而且拓展了磁性纳米颗粒的应用。虽然如何在生物技术和医疗领域更好地利用纳米材料的催化活性还有待探索，但氧化铁纳米颗粒催化活性的发现，无疑将使人们对此产生更多的关注。”
 
据评论文章介绍，在纳米医学研究中，氧化铁纳米颗粒作为一种理想材料，可用于疾病诊断、控制药物释放和体内分子成像。氧化铁纳米颗粒通常用于分离和纯化蛋白质、DNA、病毒和细胞。这主要利用氧化铁纳米颗粒的磁性，如果将其表面连接抗体—— 一种能够特异识别生物分子的蛋白质，它便具有靶向识别和磁性分离的双重功能。在医学应用中，传统的检测方法是将纳米颗粒的磁分离作用与酶标记的抗体免疫反应结合起来，后者通过酶催化底物显色显示生物分子的存在并进行定量。
 
阎锡蕴研究员长期从事肿瘤抗体研究，近年来主持着国家“863”计划“肿瘤抗体药物”课题、国家自然科学基金及中科院方向性研究项目，并参与国家“973”纳米生物学研究项目。她说：“这一发现是典型的学科交叉产物，是免疫学、生物化学和材料学共同合作研究的结果。这一发现在意料之外，但在情理之中。”
 
据阎锡蕴介绍，她的研究小组最初的试验设计是为了寻找肿瘤细胞新靶标，在磁性纳米颗粒上连接了他们已获得发明ZL的“抗体”，希望研制一种新的具有识别抗原和磁性分离双重功能的免疫纳米颗粒，用于肿瘤的诊断和治疗。然而，在鉴定抗体分子是否连接氧化铁纳米颗粒时，研究人员遇到了不能排除的本底噪音。在用尽各种方法排查之后，他们没有得到预期的结果。研究小组由此推测，磁性纳米颗粒可能具有另外一种尚未被发现和证明的性质，这种性质很可能是过氧化物酶的催化活性。
 
为了证明这一推断，阎锡蕴研究小组从不同纳米材料研究机构取样，并对不同大小尺寸的氧化铁纳米颗粒材料分别进行研究，试验最终证实了研究小组的推测是正确的。随后，研究小组又利用纳米颗粒模拟酶的这一新特性，设计了多种免疫检测方法，实现了对乙肝病毒表面抗原和肌钙蛋白的检测。并将其与具有蛋白质性质的辣根过氧化物酶进行比较，发现这种纳米颗粒模拟酶具有制备简单、经济、耐高温和耐酸碱等诸多优势。在此基础上，他们研制了多种新型免疫检测模型，拓展了氧化铁纳米颗粒在其他方面的新用途。例如，污水处理和酸雨检测。
 
阎锡蕴说，由于国家、中科院和中科院生物物理所对于纳米生物学和纳米医学等交叉学科的重视，使她这样从事肿瘤抗体研究的学者有机会参与纳米科学的研究，有机会与物理、化学等领域的专家合作，从而促使她关注纳米材料和纳米技术与生物学的结合点，并有了这项成果。她说，研究人员对研究中出现的看似偶然和不可能的现象，不能轻易放弃，特别是实验结果与预期相左时更应如此。只有进行认真分析，才可能会有意外的发现。这便是科学探索的本质。

相关报道：
百人计划博士最新《自然》子刊文章
生物通

来自中科院生物物理研究所的研究人员发现氧化铁纳米颗粒具有类似过氧化物酶的催化活性，这一发现不仅为惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性的学说提供了新的论据，而且拓展了磁性纳米颗粒的应用。这一研究成果公布在《自然—纳米技术》杂志上。

领导这一研究的是阎锡蕴博士，其1997年入选“百人计划”，从事肿瘤分子免疫学。《自然—纳米技术》配发的评论文章认为：“阎锡蕴、柯沙和同事们首次发现氧化铁纳米颗粒具有类似过氧化物酶的催化活性，并提出了氧化铁纳米颗粒模拟酶的概念。这一发现不仅为惰性金属材料在纳米尺度具有催化活性的学说提供了新的论据，而且拓展了磁性纳米颗粒的应用。虽然如何在生物技术和医疗领域更好地利用纳米材料的催化活性还有待探索，但氧化铁纳米颗粒催化活性的发现，无疑将使人们对此产生更多的关注。”

原文检索:
Nature Nanotechnology 2, 577 - 583 (2007)
Published online: 26 August 2007 | doi:10.1038/nnano.2007.260
Intrinsic peroxidase-like activity of ferromagnetic nanoparticles  [Abstract]

据评论文章介绍，在纳米医学研究中，氧化铁纳米颗粒作为一种理想材料，可用于疾病诊断、控制药物释放和体内分子成像。氧化铁纳米颗粒通常用于分离和纯化蛋白质、DNA、病毒和细胞。这主要利用氧化铁纳米颗粒的磁性，如果将其表面连接抗体—— 一种能够特异识别生物分子的蛋白质，它便具有靶向识别和磁性分离的双重功能。在医学应用中，传统的检测方法是将纳米颗粒的磁分离作用与酶标记的抗体免疫反应结合起来，后者通过酶催化底物显色显示生物分子的存在并进行定量。

阎锡蕴研究员长期从事肿瘤抗体研究，近年来主持着国家“863”计划“肿瘤抗体药物”课题、国家自然科学基金及中科院方向性研究项目，并参与国家“973”纳米生物学研究项目。她说：“这一发现是典型的学科交叉产物，是免疫学、生物化学和材料学共同合作研究的结果。这一发现在意料之外，但在情理之中。”

据阎锡蕴介绍，她的研究小组最初的试验设计是为了寻找肿瘤细胞新靶标，在磁性纳米颗粒上连接了他们已获得发明ZL的“抗体”，希望研制一种新的具有识别抗原和磁性分离双重功能的免疫纳米颗粒，用于肿瘤的诊断和治疗。然而，在鉴定抗体分子是否连接氧化铁纳米颗粒时，研究人员遇到了不能排除的本底噪音。在用尽各种方法排查之后，他们没有得到预期的结果。研究小组由此推测，磁性纳米颗粒可能具有另外一种尚未被发现和证明的性质，这种性质很可能是过氧化物酶的催化活性。

为了证明这一推断，阎锡蕴研究小组从不同纳米材料研究机构取样，并对不同大小尺寸的氧化铁纳米颗粒材料分别进行研究，试验最终证实了研究小组的推测是正确的。随后，研究小组又利用纳米颗粒模拟酶的这一新特性，设计了多种免疫检测方法，实现了对乙肝病毒表面抗原和肌钙蛋白的检测。并将其与具有蛋白质性质的辣根过氧化物酶进行比较，发现这种纳米颗粒模拟酶具有制备简单、经济、耐高温和耐酸碱等诸多优势。在此基础上，他们研制了多种新型免疫检测模型，拓展了氧化铁纳米颗粒在其他方面的新用途。例如，污水处理和酸雨检测。

阎锡蕴说，由于国家、中科院和中科院生物物理所对于纳米生物学和纳米医学等交叉学科的重视，使她这样从事肿瘤抗体研究的学者有机会参与纳米科学的研究，有机会与物理、化学等领域的专家合作，从而促使她关注纳米材料和纳米技术与生物学的结合点，并有了这项成果。她说，研究人员对研究中出现的看似偶然和不可能的现象，不能轻易放弃，特别是实验结果与预期相左时更应如此。只有进行认真分析，才可能会有意外的发现。这便是科学探索的本质。

附：
阎锡蕴

简历：
1992年获德国海德堡大学博士；

1996年在美国Memorial Sloan-Kettering癌症研究中心完成博士后工作；

1997年入选“百人计划”，从事肿瘤分子免疫学。

研究工作摘要：

研究抗体分子的结构与功能：集中研究抗体人源化和抗体亲和力成熟，建立相关基因工程抗体技术平台；

寻找肿瘤标志物：发现和鉴定肿瘤特异抗原和相关抗原，研究抗原分子在肿瘤生长和转移中的作用机制，建立肿瘤药物筛选分子模型；

活细胞内单分子行为研究：从单分子和单个活细胞两个层次探测细胞膜蛋白及其配体在信号识别和信号传递过程中的行为特征与功能。

代表性论文:

Lin, Y., Yan, X., Cao, W., Wang, C., Xie, S. & Feng, J. Probing the Structure of the SARS Coronavirus Using Scanning Electron Microscopy. ANTIVIR THER 9, 169-171 (2004).

Liu, Q., Yan, X., Li, Y., Zhang, Y., Zhao, X. & Shen, Y. P reeclampsia is Associated with the Failure of Melanoma Cell Adhesion Molecule (MCAM/CD146) Expression by Intermediate Trophoblast. LAB INVEST 84, 221-228 (2004).

Yan, X. , Lin, Y., Yang, D., Shen,Y., Yuan, M., Zhang, Z., Li, P., Xia, H., Li, L., Luo, D., Liu, Q., Mann, K. & Bader B.L. A Novel Anti-CD146 Monoclonal Antibody, AA98, Inhibits Angiogenesis and Tumor Growth. Blood 102, 184-191 (2003).

Yan, X., Tang, J., Wu, X., Wang, F., Li, J., Yang, D. Human Single Chain Antibody to Vascular Endothelial Growth Factor: Gene Cloning, High-level expression, Affinity Maturation and Bioactivity. SCI CHINA SER C 43, 232- 238 (2000).

Xiyun Yan, Stephen V.Evans, Marcin J. Kaminke, Stephen D.Gillies, Ralph A.Reisfeld, Alan N. Houghton, and Paul B. Chapman. Characterization of an Ig VH idiotope that results in specific homophilic binding and increased avidity for antigen. J IMMUNOL 157(4), 1582-1588 (1996).