Sztuczny enzym
Sztuczny enzym to syntetyczna organiczna cząsteczka lub jon, który odtwarza jedną lub więcej funkcji enzymu. Ma na celu zapewnienie katalizy z szybkością i selektywnością obserwowaną w naturalnie występujących enzymach.
Historia
enzymatyczna reakcji chemicznych zachodzi z dużą selektywnością i szybkością. Substrat jest aktywowany w niewielkiej części makrocząsteczki enzymu zwanej miejscem aktywnym . Tam wiązanie substratu blisko grup funkcyjnych w enzymie powoduje katalizę przez tzw. efekty zbliżeniowe. Możliwe jest tworzenie podobnych katalizatorów z małych cząsteczek poprzez połączenie wiązania substratu z katalitycznymi grupami funkcyjnymi. Klasycznie sztuczne enzymy wiążą substraty za pomocą receptorów, takich jak cyklodekstryna , etery koronowe i kaliksaren .
Sztuczne enzymy oparte na aminokwasach lub peptydach rozszerzyły dziedzinę sztucznych enzymów lub mimetyków enzymów. Na przykład histydyny na rusztowaniu naśladują pewne metaloproteiny i enzymy, takie jak hemocyjanina , tyrozynaza i oksydaza katecholowa ).
Sztuczne enzymy zostały zaprojektowane od podstaw za pomocą strategii obliczeniowej z wykorzystaniem Rosetty . W publikacji z grudnia 2014 r. opisano aktywne enzymy wykonane z cząsteczek, które nie występują w naturze. W 2016 roku ukazał się rozdział książki zatytułowany „Artificial Enzymes: The Next Wave”.
Nanozymy
Nanozymy to nanomateriały o właściwościach podobnych do enzymów. Zostały zbadane pod kątem zastosowań, takich jak bioczujniki, bioobrazowanie, diagnostyka i terapia nowotworów oraz przeciwdziałanie biofoulingowi.
lata 90
W latach 1996 i 1997 Dugan i in. odkrył dysmutazę ponadtlenkową (SOD) - naśladującą aktywność pochodnych fulerenu .
2000s
Termin „nanozym” został ukuty w 2004 roku przez Flavio Maneę, Florence Bodar Houillon, Lucię Pasquato i Paolo Scrimina. W artykule przeglądowym z 2005 roku przypisano ten termin „analogii z aktywnością polimerów katalitycznych (synzymów)”, w oparciu o „wybitną wydajność katalityczną niektórych zsyntetyzowanych funkcjonalnych nanocząstek”. doniesiono, że nanoceria ( nanocząsteczki CeO 2 ) zapobiegają degeneracji siatkówki wywołanej przez wewnątrzkomórkowe nadtlenki (toksyczne związki pośrednie tlenu reaktywnego) u szczurów. Postrzegano to jako wskazanie możliwej drogi do leczenia pewnych przyczyn ślepoty. W 2007 r. Yan Xiyun i współpracownicy opisali wewnętrzną aktywność nanocząstek ferromagnetycznych podobną do peroksydazy , co sugeruje szeroki zakres zastosowań, na przykład w medycynie i chemii środowiska, a autorzy zaprojektowali test immunologiczny oparty na tej właściwości. Następnie Hui Wei i Erkang Wang (2008) wykorzystali tę właściwość łatwych do przygotowania nanocząstek magnetycznych, aby zademonstrować zastosowania analityczne cząsteczek bioaktywnych, opisując kolorymetryczny test nadtlenku wodoru ( H 2
O 2
) oraz czułą i selektywną platformę do wykrywania glukozy .
2010s
Od 2016 roku pojawiło się wiele artykułów przeglądowych. Obszerna książka ukazała się w 2015 r., Opisana jako zapewniająca „szeroki portret nanozymów w kontekście badań nad sztucznymi enzymami”, a chińska książka o inżynierii enzymów z 2016 r. Zawierała rozdział o nanozymach.
grafenu modyfikowany karboksylem ) i polimorfizmy pojedynczego nukleotydu (w metodzie bez znaczników, opartej na hybrydowych nanocząstkach heminy i grafenu), z korzyści zarówno pod względem kosztów, jak i wygody. Wykorzystanie koloru do wizualizacji tkanek nowotworowych zostało zgłoszone w 2012 roku przy użyciu mimezy peroksydazy nanocząstek magnetycznych pokrytych białkiem, które rozpoznaje komórki rakowe i wiąże się z nimi.
wykazano, że nanoprzewody pięciotlenku wanadu (wanadia, V 2 O 5 ) hamują biofouling morski poprzez naśladowanie haloperoksydazy wanadu, co przynosi oczekiwane korzyści ekologiczne. Badanie przeprowadzone w innym ośrodku dwa lata później wykazało, że V 2 O 5 naśladuje peroksydazę glutationową in vitro w komórkach ssaków, co sugeruje przyszłe zastosowanie terapeutyczne. W tym samym roku karboksylowany fuleren nazwany C3 okazał się neuroprotekcyjny w modelu choroby Parkinsona naczelnych .
W 2015 roku zaproponowano supramolekularne nanourządzenie do bioortogonalnej regulacji nanozymu metalu przejściowego, oparte na zamykaniu nanozymu w monowarstwie hydrofilowych nanocząstek złota, naprzemiennie izolując go od cytoplazmy lub umożliwiając dostęp zgodnie z cząsteczką receptora kontrolującego bramkę kontrolowaną przez konkurencyjne gatunki gości ; urządzenie przeznaczone do obrazowania i zastosowań terapeutycznych ma rozmiar biomimetyczny i odniosło sukces w żywej komórce, kontrolując aktywację profluoroforu i proleku . Opisano łatwy sposób wytwarzania superklatek Cu(OH)
2 wraz z demonstracją ich wewnętrznej mimikry peroksydazy. Opisano rusztowany układ „INAzyme” („zintegrowany nanozym”), lokalizujący heminę (naśladownicę peroksydazy) z oksydazą glukozową (GOx) w odległości submikronowej, zapewniając szybką i wydajną kaskadę enzymów, zgłoszoną jako dynamiczne monitorowanie mózgowych komórek mózgowych glukozy na żywo . Opisano metodę jonizacji stabilizowanych hydrofobowo nanocząstek koloidalnych, z potwierdzeniem ich mimikry enzymatycznej w dyspersji wodnej.
Ogłoszono próby terenowe w Afryce Zachodniej szybkiego, taniego testu paskowego z amplifikacją nanocząstek magnetycznych na obecność wirusa Ebola . Opisano, że H
2 O
2 wypiera znakowany DNA, zaadsorbowany na nanocerii, do roztworu, gdzie fluoryzuje, zapewniając bardzo czuły test glukozy. Nanoceria podobna do oksydazy została wykorzystana do opracowania samoregulujących testów biologicznych. Wieloenzymatyczny naśladujący błękit pruski został opracowany do celów terapeutycznych. Opublikowano przegląd naśladowców enzymów opartych na metaloorganicznych szkieletach (MOF). Histydynę zastosowano do modulowania aktywności nanocząstek tlenku żelaza naśladujących peroksydazę. Aktywności naśladujące peroksydazę nanocząstek złota były modulowane za pomocą supramolekularnej strategii reakcji kaskadowych. Opracowano strategię imprintingu molekularnego w celu poprawy selektywności nanozymów Fe 3 O 4 o aktywności podobnej do peroksydazy. Opracowano nową strategię mającą na celu zwiększenie aktywności nanocząstek złota naśladującej peroksydazę za pomocą gorących elektronów. Badacze zaprojektowali oparte na nanocząsteczkach złota integracyjne nanozymy, charakteryzujące się zarówno wzmocnionym powierzchniowo rozpraszaniem ramanowskim, jak i aktywnością naśladującą peroksydazę, do pomiaru glukozy i mleczanu w żywych tkankach. Aktywność nanocząstek Cu 2 O naśladująca oksydazę cytochromu c była modulowana przez odbieranie elektronów z cytochromu c . Nanocząsteczki Fe 3 O 4 połączono z oksydazą glukozową w celu leczenia nowotworów. Nanozymy dwutlenku manganu zastosowano jako otoczki cytoochronne. Opisano nanozym Mn 3 O 4 dla choroby Parkinsona (model komórkowy). Eliminację heparyny u żywych szczurów monitorowano za pomocą dwuwymiarowych mimetyków peroksydazy opartych na MOF i peptydu AG73. Nanozymy oksydazy glukozowej i tlenku żelaza zamknięto w wielokomorowych hydrożelach w celu zapewnienia niekompatybilnych reakcji tandemowych. Opracowano kaskadowy bioczujnik nanozymu do wykrywania żywotnych bakterii Enterobacter sakazakii . Zintegrowany nanozym GOx@ZIF-8(NiPd) został opracowany do katalizy tandemowej. Opracowano nanozymy z możliwością przełączania ładunku. Opracowano nanozym do składania RNA selektywny względem miejsca. Opublikowano specjalne wydanie nanozymes w Progress in Biochemistry and Biophysics . Opracowano nanozymy Mn 3 O 4 zdolne do wychwytywania reaktywnych form tlenu, które wykazały działanie przeciwzapalne in vivo. Przedstawiono propozycję zatytułowaną „Krok w przyszłość – zastosowania naśladowania enzymów nanocząsteczek”. Zgłoszono aktywność oksydazy zależnej od twarzy i podobnej do peroksydazy nanocząstek palladu. Opracowano wielorozgałęzione nanostruktury Au@Pt jako dwufunkcyjne nanozymy. Nanozymy węglowe pokryte ferrytyną opracowano do katalitycznej terapii nowotworów. Nanozymy CuO zostały opracowane w celu zabijania bakterii w sposób kontrolowany światłem. Badano aktywność enzymatyczną utlenionego CNT. Nanozymy wykorzystano do katalizowania utleniania L -tyrozyny i L -fenyloalaniny do dopachromu. Przedstawiono nanozymy jako nową alternatywę dla naturalnych enzymów do testów biologicznych i immunologicznych. Zaproponowano wystandaryzowany test dla nanozymów podobnych do peroksydazy. Półprzewodnikowe kropki kwantowe wykorzystano jako nukleazy do selektywnego fotoindukowanego cięcia DNA. Skonstruowano dwuwymiarowe matryce czujników oparte na nanozymach MOF do wykrywania fosforanów i sondowania ich hydrolizy enzymatycznej. Zgłoszono nanomateriały węglowe domieszkowane azotem jako swoiste mimetyki peroksydazy. Opracowano macierze czujników nanozymowych do wykrywania analitów, od małych cząsteczek po białka i komórki. Zgłoszono nanozym tlenku miedzi dla choroby Parkinsona. Opracowano pęcherzyki nanozymu podobne do egzosomów do obrazowania nowotworów. Obszerny przegląd nanozymów został opublikowany przez Chemical Society Reviews . Opublikowano sprawozdanie z postępów prac nad nanozymami. np. zajętość g jako skuteczny deskryptor została opracowana dla aktywności katalitycznej naśladowców peroksydazy na bazie tlenku perowskitu. Opublikowano artykuł Chemical Review na temat nanozymów . Do opracowania nanozymów wykorzystano strategię pojedynczego atomu. Zgłoszono nanozym do bioinspirowanej fotokatalizy kaskadowej bez metalu. Chemical Society Review opublikowało samouczek dotyczący nanozymów. Zgłoszono kaskadowe reakcje nanozymów w celu wiązania CO2 . Do monitorowania klirensu nerkowego zastosowano nanoklastry złota podobne do peroksydazy. Opracowano hybrydowy nanozym miedziowo-węglowy do terapii przeciwbakteryjnej. Opracowano nanozym ferrytyny do leczenia malarii mózgowej. Konta Chemical Research dokonały przeglądu nanozymów. Opracowano nową strategię zwaną efektem odkształcenia w celu modulowania aktywności nanozymu metalu. Nanozymy błękitu pruskiego zostały użyte do wykrycia siarkowodoru w mózgach żywych szczurów. Zgłoszono podobny do fotoliazy CeO2 . Artykuł redakcyjny na temat nanozymów zatytułowany „Czy nanozymy mogą mieć wpływ na wykrywanie?” był opublikowany.
2020s
Opracowano jednoatomowy nanozym do leczenia sepsy. Opracowano samoorganizujący się jednoatomowy nanozym do terapii fotodynamicznej nowotworów. Zgłoszono przełączany ultradźwiękami nanozym przeciwko wielolekoopornej infekcji bakteryjnej. Opisano oparty na nanozymie H 2 O 2 środek zaburzający homeostazę do chemodynamicznej terapii nowotworów. Opracowano nanozym tlenku irydu do reakcji kaskadowej do terapii nowotworowej. Wydano książkę zatytułowaną Nanozymology . Nanogąbka wychwytująca wolne rodniki została opracowana z myślą o udarze niedokrwiennym. Opublikowano minirecenzję dotyczącą nanozymów opartych na koniugacie złota. Opracowano nanocząsteczki SnSe jako mimetyki dehydrogenazy. Zgłoszono, że topoizomeraza oparta na kropkach węglowych, którą naśladuję, rozszczepia DNA. Opracowano macierze czujników nanozymowych do wykrywania pestycydów. Bioortogonalne nanozymy zastosowano do leczenia biofilmów bakteryjnych. Opracowano nanozym rodu do leczenia choroby okrężnicy. Opracowano nanozym Fe-NC do badania interakcji lek-lek. Opracowano polimerowy nanozym do drugiej fototermicznej ferroterapii nowotworów w bliskiej podczerwieni. Zgłoszono nanozym Cu5.4O do terapii przeciwzapalnej. Opracowano nanozym CeO 2 @ZIF-8 do leczenia uszkodzeń wywołanych reperfuzją w udarze niedokrwiennym. Zbadano podobną do peroksydazy aktywność Fe 3 O 4 w celu zbadania kinetyki elektrokatalitycznej na poziomie pojedynczej cząsteczki/pojedynczej cząstki. Stworzono nanozym Cu-TA do usuwania reaktywnych form tlenu z dymu papierosowego. Zgłoszono, że metaloenzymopodobny nanoklaster miedziowy ma jednocześnie działanie przeciwnowotworowe i obrazowe. Opracowano zintegrowany nanozym do terapii przeciwzapalnej. Zgłoszono zwiększoną aktywność katalityczną podobną do enzymu w warunkach braku równowagi dla nanozymów złota. Zaproponowano metodę teorii funkcjonału gęstości do przewidywania aktywności nanozymów podobnych do peroksydazy. Opracowano hydrolityczny nanozym do skonstruowania immunosensora. Opracowano doustnie podawany nanozym do nieswoistych zapaleń jelit . Zgłoszono, że strategia inżynierii aktywności zależnej od liganda opracowała metaloorganiczny nanozym szkieletowy naśladujący peroksydazę glutationową MIL-47 (V) do terapii. Opracowano jednomiejscowy nanozym do terapii nowotworowej. Opracowano nanozym podobny do SOD w celu regulacji funkcji mitochondriów i komórek nerwowych. Opracowano klatkę koordynacyjną Pd12 jako fotoregulowany nanozym podobny do oksydazy. Opracowano nanozym podobny do oksydazy NADPH . Opracowano nanozym podobny do katalazy do terapii nowotworowej . Opracowano bogaty w defekty adhezyjny nanozym z dwusiarczku molibdenu / zredukowanego tlenku grafenu, który ma działanie przeciwbakteryjne. Opracowano nanozym MOF@COF o działaniu przeciwbakteryjnym. Zgłoszono nanozymy plazmoniczne. Nanozym reagujący na mikrośrodowisko guza został opracowany do terapii nowotworowej. Opracowano metodę inspirowaną inżynierią białek w celu zaprojektowania wysoce aktywnych nanozymów. Opublikowano artykuł redakcyjny dotyczący definicji nanozymów. Opracowano nanozymową terapię hiperurykemii i udaru niedokrwiennego. Chemistry World opublikował perspektywę sztucznych enzymów i nanozymów. Opublikowano przegląd katalizatorów jednoatomowych, w tym nanozymów jednoatomowych. Do eliminacji biofilmu zastosowano podobne do peroksydazy nanostruktury teksturowane powierzchniowo na bazie tlenku FeCo (MTex). Opracowano nanozym o lepszej kinetyce niż naturalna peroksydaza. Opracowano samoochronny nanozym dla choroby Alzheimera. Nanozymy CuSe zostały opracowane w celu leczenia choroby Parkinsona. Opracowano nanozym oparty na nanoklastrach. Do katalizy chiralnej zastosowano nanocząstki złota podobne do oksydazy glukozowej w połączeniu z cyklodekstranem. Opracowano sztuczną dwujądrową monooksygenazę miedziową w MOF. Opublikowano recenzję wysoce wydajnego projektowania nanozymów. Do celów bioanalizy opracowano mimetyki peroksydazy Ni-Pt. Doniesiono, że nanozym oparty na POM chroni komórki przed reaktywnymi formami tlenu. Do przygotowania selektywnych nanozymów zastosowano strategię bramkowania. Opracowano jednoatomowy nanozym manganu do terapii nowotworowej. Opracowano reagujący na pH nanozym grafitowy podobny do oksydazy do selektywnego zabijania Helicobacter pylori . Opracowano zmodyfikowany, jednoatomowy nanozym skoncentrowany na FeN 3 P. Modulowano aktywność podobną do peroksydazy i katalazy nanozymów złota. Opracowano nanozymy grafdiyny i tlenku ceru do radioterapii raka przełyku. Inżynieria defektów została wykorzystana do opracowania nanozymu do terapii nowotworowej. Wydano książkę zatytułowaną Nanozymy dla Inżynierii Środowiska . Opracowano jednoatomowy nanozym palladu do terapii nowotworowej. Nanozym peroksydazy chrzanowej został opracowany do terapii nowotworowej. Opisano mechanizm nanozymu podobnego do GOx. Opublikowano recenzję nanozymów. Zgłoszono badanie mechanizmu na nanozymie podobnym do nanonukleazy. Opublikowano spojrzenie na definicję nanozymu. Opracowano atanazymy. Mikroigły obciążone nanozymem Ceria pomogły w odrastaniu włosów. Do analizy małych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych zastosowano podobny do katalazy nanozym platyny. Książka o nanozymach: postępy i zastosowania została opublikowana przez CRC Press. Opublikowano przegląd dotyczący obrotu katalitycznego nanozymów. Opracowano nanozym do ratiometrycznego obrazowania molekularnego. Fe 3 O 4 /Ag/Bi 2 MoO 6 został opracowany do terapii raka. Zgłoszono Co/C jako mimetyk oksydazy NADH. Zastosowano nanozym tlenku żelaza do zwalczania biofilmów powodujących próchnicę zębów. Opracowano nową strategię dotyczącą wysokowydajnych nanozymów. Opracowano strategię wysokoprzepustowych badań przesiewowych w celu odkrycia nanozymów podobnych do SOD. Artykuł przeglądowy zatytułowany „Chemia analityczna z włączonym nanozymem” został opublikowany w Analytical Chemistry . Zgłoszono terapię dny moczanowej opartą na nanozymach. Zgłoszono opartą na danych strategię odkrywania nanozymów. Nanozym błękitu pruskiego został użyty do złagodzenia neurodegeneracji. Opracowano dwuelementowy, jednoatomowy nanozym. Opracowano metodę inżynierii walencyjnej w celu zaprojektowania przeciwutleniającego banozymu do zastosowań biomedycznych. W połączeniu z małym interferującym RNA, nanozym ceru wykorzystano do synergistycznego leczenia chorób neurodegeneracyjnych. Opisano uniwersalny test na nanozymy podobne do katalazy. Opracowano test CRISPR katalizowany nanozymem. Opracowano fotowzmacnianą terapię katalityczną opartą na nanozymie, specyficzną dla nowotworu. Zgłoszono nanozymy jednoatomowe do terapii urazów mózgu. Opracowano strategię inżynierii brzegowej w celu wytworzenia nanozymów jednoatomowych. Opracowano nanozym z pojedynczym atomem do modulowania mikrośrodowiska guza na potrzeby terapii. Zaproponowano nowy mechanizm peroksydazy Fe3O4. Zgłoszono wirus roślinny rozszczepiający nanozym. Nanozymy zostały wybrane jako jedna z dziesięciu najlepszych wschodzących technologii IUPAC w chemii 2022. Książka zatytułowana „Nanozymes: Design, Synthesis, and Applications” została opublikowana przez ACS. Nanozymy zostały użyte do usunięcia i degradacji mikroplastiku. Zgłoszono przystosowany do zimna nanozym. Nanozym MOF-818 o działaniu naśladującym antyoksydazę zastosowano do leczenia przewlekłych ran cukrzycowych. Jednoatomowe nanozymy Cu opracowano do katalitycznej terapii swoistej dla nowotworów. Do wyszukiwania nanozymów zastosowano uczenie maszynowe. Opracowano podobną do enzymu mezo-bakroporowatą kulę węglową. Zgłoszono połączenie DNAzymu i nanozymu.