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天津大学张晓东教授团队《Sci. Adv.》：超快电子转移的低聚纳米酶能够缓和急性脑损伤

时间：2022-08-25 来源：浏览：

天津大学张晓东教授团队《Sci. Adv.》：超快电子转移的低聚纳米酶能够缓和急性脑损伤

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收录于合集

#纳米酶 7 个

#创伤性脑损伤 1 个

#超快电子转移 1 个

#氧化应急 1 个

#神经炎症 2 个

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2021 年 11 月 10 日，天津大学张晓东教授团队在 Science Advances 上发表研究成果，发现了一种具有超快电子转移和超高生物催化活性的低聚纳米酶（ O-NZ ）。研究结果显示， O-NZ 表现出 1.8 ns 的超快核心电子转移，同时 O-NZ 在核心和表面基团之间也达到了 1.2 ps 的超快电子转移。生物实验发现 O-NZ 能使重度急性脑损伤（ TBI ）小鼠的存活率从 50% 提高到 90% ，并促进长期神经认知功能的恢复。生化实验表明 O-NZ 可通过核因子红血球 -2 相关因子（ Nrf2 ）介导的血红素加氧酶 -1 （ HO-1 ）表达上调来减轻急性神经炎症。这项工作清楚地表明，具有催化活性和选择性的超快纳米酶是治疗神经系统疾病的重要候选药物。

酶是人体内新陈代谢重要的催化剂，其中抗氧化酶能够有效抑制机体氧化作用。特别是谷胱甘肽过氧化物酶（ GPx ）和超氧化物歧化酶（ SOD ）作为人体内抗氧化酶中的最中坚力量，与机体相关的氧化应激至关重要。然而，天然的 GP x 和 SOD 生产方式繁琐、容易失活且价格昂贵。人工酶由于稳定性高、合成简单、成本低廉等优点，在疾病诊断和生物技术领域引起了人们的广泛关注。遗憾的是，人工酶的催化速率在很大程度上受限于其材料表面的电子转移，这极大地制约了人工酶的催化活性和生物活性。

天津大学张晓东教授团队设计合成了一种具有超小尺寸和半导体特性的低聚纳米酶，主要以多氮掺杂的石墨结构作为核心，以酰胺、羟基、吡咯 N 基团作为表面活性官能团。考虑到石墨碳核的本质， O-NZ 的 π- 共轭域可以促进电荷转移和电子存储。此外， O-NZ 的结构缺陷可以促进界面电子转移， O-NZ 的表面官能团也可以作为电子给体。因此， O-NZ 表现出 1.8 ns 的超快核电子转移，实现了较高的 SOD -like 活性和可与天然酶媲美的 GPx - like 活性。同时， O-NZ 在核心和表面基团之间也达到了 1.2 ps 的超快电子转移，从而可在几毫秒内清除高活性的 O ₂ ^•- 、 •NO 和 ONOO ^- 自由基。

生物实验表明， O-NZ 治疗能够有效减少继发性损伤的扩散，显著提升 TBI 小鼠的存活率，加速血脑屏障的修复。同时， O-NZ 治疗对 TBI 后神经系统恢复具有一定的促进作用，包括神经功能缺损评分（ NSS ）、运动功能、空间学习和记忆方面等都得到了明显改善。进一步的生物分子机制分析发现， O-NZ 可通过上调 Nrf2 和 HO-1 的表达来改善氧化应激和神经炎症。这项工作揭示了通过“分子工程”和表面配体工程设计超快电子转移的纳米酶，有望应用于治疗神经系统疾病、急性炎症、辐照损伤等等，是一种有前途的新型药用酶替代物。

上述研究成果以“ An oligomeric semiconducting nanozyme with ultrafast electron transfers alleviates acute brain injury ” 为题于 2021 年 11 月 10 日在线发表在 Science 子刊《 Science Advances 》上。该论文的第一单位为天津大学，张晓东教授为该论文的唯一通讯作者，穆晓宇副研究员为该论文的第一作者，王骏滢博士和中国石油大学（华东）何化副教授为共同第一作者。

原文链接

https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abk1210

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