生物物理所等開發出基于紅細胞的單原子納米酶

　　納米酶是一類具有類酶催化性能的納米材料，是新一代人工酶，在生物醫學領域頗具應用前景。自2007年首次發現四氧化三鐵（Fe3O4）納米顆粒具有類過氧化物酶活性以來，鐵基納米酶在腫瘤催化治療和抗菌等方面備受關注。然而，由于鐵原子的利用率較低，納米氧化鐵的催化效率往往低于天然酶（如辣根過氧化物酶，HRP）。為了提高鐵原子的利用率，科學家引入單原子設計用于構筑更加精確的活性位點，通過模擬天然酶的鐵卟啉配位結構，提高了鐵的催化效率和納米酶的活力。例如，在鐵單原子納米酶中構建諸如FeN4、FeN5或FeN3P等活性位點，其催化效率和動力學可與天然酶媲美。然而，以鐵鹽作為鐵源與碳氮化物配位，或在金屬-有機框架（MOFs）中取代金屬，再進行熱解碳化的合成方法，除了形成單原子鐵外，還會形成較多的鐵團簇或鐵單質，且并非完全處于單原子狀態。這種不可控的鐵原子狀態影響納米酶的類酶活性，并使得精確評估其催化效率變得困難。

　　中國科學院生物物理研究所高利增研究組提出了紅細胞模板化策略，以其豐富的血紅蛋白作為鐵源制備鐵單原子納米酶。這一策略基本理念是改造紅細胞內源鐵模擬辣根過氧化物酶（HRP）的催化活性中心，由運輸氧功能轉化為催化功能。每個紅細胞含有約2.6億個血紅蛋白，每個血紅蛋白含有4個包含鐵原子的環狀血紅素，這使它們成為單原子鐵的理想來源，用以制備模擬HRP活性的納米酶。

　　為了證明這一假設，該研究將細胞固定、鹽化和熱解碳化等過程相結合，以紅細胞作為模板，合成了具有均勻單原子Fe的納米酶。如圖所示，這種紅細胞模板納米酶（Erythrocyte-templated nanozymes，ETN）表現出類過氧化物酶（POD）活性，催化H2O2產生羥基自由基（·OH），并可以通過近紅外（NIR）光照射進一步增強。此外，制備的ETN呈蜂窩狀結構，可作為納米海綿促進血液凝固。這些特性使ETN成為多功能材料，可促進感染傷口的愈合。

　　相關研究成果以An Erythrocyte-Templated Iron Single-Atom Nanozyme for Wound Healing為題，在線發表在Advanced Science上。該研究由生物物理所和北京交通大學合作完成。研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。