2007年，中科院生物物理所閻錫蘊團隊發(fā)現(xiàn)的納米酶入選兩院院士評選的年度“中國十大科技進展”。這一發(fā)現(xiàn)打破了無機與有機世界的界限，開辟了一個新領域。
10年過去了，閻錫蘊團隊繼續(xù)在納米酶領域深耕。近3個月來，他們連續(xù)發(fā)表3篇論文，實現(xiàn)了納米酶從發(fā)現(xiàn)到設計、從檢測到腫瘤治療的目標，補全了納米酶的定義版圖。
7月2日，中科院院士、中科院生物物理所研究員閻錫蘊團隊在《自然—實驗手冊》上發(fā)布了一項學術成果，這是該團隊3個月來發(fā)表的第三篇重要論文。閻錫蘊說：“今年是納米酶發(fā)現(xiàn)后的第十年。”—— 這一年碩果頻現(xiàn)：她們證實了納米酶能用于體內腫瘤治療；拿到了納米酶產品的首個醫(yī)療器械證書；定義了納米酶活性單位；還補全了納米酶的定義版圖。
放眼全世界，近10年間，納米酶研究已在26個國家逾220個實驗室開展，其應用研究也拓展到了生物、醫(yī)學、農業(yè)、環(huán)境治理、國防安全等多個領域。而中國科研人員也實現(xiàn)了在自己開創(chuàng)的領域里領跑全球的目標。
納米酶: 一個跨界范兒十足的名字
“納米”遇上“酶”，是個跨界范兒十足的名字。閻錫蘊曾給納米酶下過一個長定義：“在納米尺度上，能呈現(xiàn)出酶學特性的無機材料。與天然酶類似，能在溫和的生理條件下高效催化酶的底物，產生與天然酶相同的反應產物，并可作為酶的替代品調節(jié)細胞代謝，用于疾病的診斷和治療。”
從2007年那篇開創(chuàng)性的論文開始，閻錫蘊團隊用一個又一個學術成果不斷完善這個定義，直到最近的3篇論文連續(xù)發(fā)表，才為上述定義畫上完美句號。
當年發(fā)現(xiàn)納米酶的博士生高利增，如今已是揚州大學青年千人教授，他與閻錫蘊課題組合作，設計出具有4種不同酶活性的新型納米酶——氮碳納米酶。這種模擬酶可以在不同環(huán)境下表現(xiàn)出不同特性。在腫瘤細胞內的酸性環(huán)境中，它能發(fā)揮氧化酶和過氧化物酶活性，催化腫瘤特征性的代謝產物，生成高毒性的活性氧自由基，從而殺傷腫瘤細胞。
如何把這個腫瘤殺手精準地送進敵營呢？幾年前，閻錫蘊團隊就研制出一種直徑12納米的鐵蛋白藥物載體，這種載體可與腫瘤細胞膜上的轉鐵蛋白受體結合，從而實現(xiàn)靶向運輸。
在4月3日發(fā)表于《美國化學學會—納米材料》的論文中，閻錫蘊課題組與中科院自動化所田捷課題組合作證實，鐵蛋白藥物載體與轉鐵蛋白受體結合后，可以穿越血腦屏障，并實現(xiàn)對原位惡性腦膠質瘤的靶向和有效治療。
把鐵蛋白修飾到氮碳納米酶上，就像為武器裝上了導航，把子彈變成了導彈。閻錫蘊團隊的副研究員范克龍在動物荷瘤實驗中，發(fā)現(xiàn)這枚“導彈”會讓腫瘤越變越小，有些甚至結痂。這一結果4月12日在《自然—通訊》上發(fā)表，建立了納米酶靶向催化治療腫瘤的新策略。
“至此，我們完整地闡釋了納米酶的定義，完成了納米酶從發(fā)現(xiàn)到設計、從檢測到腫瘤治療的全部環(huán)節(jié)。”閻錫蘊總結道。
中國原創(chuàng) 領跑全球
閻錫蘊笑稱：“我們起了一個名字，當時并沒料到會開辟一個新領域。”
納米酶問世以來，短短幾年間就獲得了國內外同行的認可：不僅被收入《中國大百科全書》；還在國際知名雜志《微尺度》上有了自己的專欄，在國際學術出版社Springer有了自己的英文專著；國際學術大會上，“納米酶”分會場迎來越來越多的同行……
英國皇家化學會刊綜述如此評價納米酶的發(fā)現(xiàn):“改變了傳統(tǒng)觀念，開辟了新的研究方向，推動了納米材料在生物醫(yī)學的應用。”
去年10月舉行的納米酶主題香山會議上，中科院生物物理所研究員張先恩通過文獻數據分析，稱中國科學家發(fā)表的納米酶論文數量占比達70%，高引用論文占比達80%，近十年來高引用論文的前十名均來自中國學者。他指出，中國學者在納米酶方向的研究處于國際領先地位。
這次大會上，來自全國20多個單位不同領域的專家一致認為：納米酶是我國科學家的原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，也是多學科交叉協(xié)作的典范；我國科學家的原始理論創(chuàng)新，奠定了我國納米酶基礎研究和應用研究的世界領跑地位。
讓納米酶從可用到好用
2015年，閻錫蘊團隊憑借納米酶試紙條獲得Atlas國際獎。這種試紙條與傳統(tǒng)試紙條相比，靈敏度提高了兩個數量級。在產品檢驗階段，公安部物證鑒定中心、南方醫(yī)科大學等單位參與了第三方驗證。
一根看似普通的拐杖，在雨后的淤泥里已經浸泡了數月。用傳統(tǒng)的膠體金方法進行血跡檢測，結果呈陰性；換上納米酶試紙后，出現(xiàn)了一道細淺卻分明的紅線，證明拐杖上曾經沾染過血液。面對物證，犯罪分子最終招認，這根拐杖正是他作案的兇器。
“經過一次次的驗證，我們對納米酶產品更有信心了。”負責成果轉化的閻錫蘊團隊的高級工程師張德璽說。
今年，兩個納米酶產品——便潛血檢測試劑盒和轉鐵蛋白檢測試劑盒獲得了醫(yī)療器械注冊證。他們還為試劑盒開發(fā)了相配套的全自動納米酶免疫層析儀，以推動產品模式由單純試劑向儀器試劑一體化演變。
中科院院士解思深曾對閻錫蘊說：“如果你們當年發(fā)現(xiàn)納米酶后，自己不去耕耘這個領域，就不會有后來的成績。”閻錫蘊對這句話感觸頗深：這些研究成果發(fā)表之初，就已經是令人稱羨的高影響因子論文了。如果大家就此滿足，納米酶研究或許從此就被束之高閣，也有可能被他人捷足先登。
好在他們選擇了另一條路：向成果轉化下游進發(fā)，充分挖掘納米酶的應用潛力。這條路更加艱難、充滿挑戰(zhàn)。
閻錫蘊在學術會議上分享鐵蛋白藥物載體的成果時，引來藥企人員的高度關注。他們紛紛詢問，這種載體最多能裝多少分子的藥物？“我當時沒有答上來。”閻錫蘊說，“我們做基礎研究，想著能裝藥就已經很好了。但是面向實際應用的人，就會關心最大載藥量和包封率，這直接關系到產品的成本和成藥性。”
回到實驗室，閻錫蘊馬上把新的任務布置下去。經過師生們的共同努力，鐵蛋白納米載體的載藥量從30分子增加到200分子。目前，這種鐵蛋白包裹化療藥物阿霉素的新藥已經進入臨床前試驗階段。
關于納米酶的機制與應用研究仍在繼續(xù)，閻錫蘊團隊昨天發(fā)表的這篇論文，首次定義了納米酶的催化活性單位，這讓納米酶產品在疾病診療中變得可以量化，將有利于相關產品的評價及開發(fā)。
