Artificiellt enzym
Ett artificiellt enzym är en syntetisk organisk molekyl eller jon som återskapar en eller flera funktioner hos ett enzym. Det strävar efter att leverera katalys med hastigheter och selektivitet som observeras i naturligt förekommande enzymer.
Historia
Enzymkatalys av kemiska reaktioner sker med hög selektivitet och hastighet. Substratet aktiveras i en liten del av enzymets makromolekyl som kallas det aktiva stället . Där orsakar bindningen av ett substrat nära funktionella grupper i enzymet katalys genom så kallade närhetseffekter. Det är möjligt att skapa liknande katalysatorer från små molekyler genom att kombinera substratbindning med katalytiska funktionella grupper. Klassiskt sett binder artificiella enzymer substrat med hjälp av receptorer som cyklodextrin , kronetrar och calixarene .
Artificiella enzymer baserade på aminosyror eller peptider har utökat området för artificiella enzymer eller enzymhärmare. Till exempel, byggnadsställningar histidinrester efterliknar vissa metalloproteiner och enzymer såsom hemocyanin , tyrosinas och katekoloxidas ).
Konstgjorda enzymer har designats från grunden via en beräkningsstrategi med Rosetta . En publikation från december 2014 rapporterade aktiva enzymer gjorda av molekyler som inte förekommer i naturen. 2016 publicerades ett bokkapitel med titeln "Artificial Enzymes: The Next Wave".
Nanozymer
Nanozymer är nanomaterial med enzymliknande egenskaper. De har undersökts för tillämpningar som biosensing, bioavbildning, tumördiagnos och terapi samt anti-biopåväxt.
1990-talet
1996 och 1997, Dugan et al. upptäckte superoxiddismutas (SOD) -härmar aktiviteter av fullerenderivat .
2000-talet
Termen "nanozyme" myntades 2004 av Flavio Manea, Florence Bodar Houillon, Lucia Pasquato och Paolo Scrimin. En översiktsartikel från 2005 tillskrev denna term till "analogi med aktiviteten hos katalytiska polymerer (synzymer)", baserat på den "enastående katalytiska effektiviteten hos några av de syntetiserade funktionella nanopartiklarna". rapporterades nanoceria (CeO 2 nanopartiklar ) förhindra retinal degeneration inducerad av intracellulära peroxider (toxiska reaktiva syreintermediärer) hos råtta. Detta ansågs indikera en möjlig väg till en behandling för vissa orsaker till blindhet. År 2007 rapporterades den inneboende peroxidasliknande aktiviteten hos ferromagnetiska nanopartiklar av Yan Xiyun och medarbetare som tyder på ett brett spektrum av tillämpningar inom till exempel medicin och miljökemi, och författarna utformade en immunanalys baserad på denna egenskap. Hui Wei och Erkang Wang använde sedan (2008) denna egenskap hos lättberedda magnetiska nanopartiklar för att demonstrera analytiska tillämpningar på bioaktiva molekyler, och beskrev en kolorimetrisk analys för väteperoxid ( H
2 O
2 ) och en känslig och selektiv plattform för glukosdetektion .
2010-talet
Från och med 2016 har många recensionsartiklar dykt upp. En boklängdsbehandling dök upp 2015, beskriven som att ge "ett brett porträtt av nanozymer i samband med forskning om artificiell enzym", och en kinesisk bok från 2016 om enzymteknik inkluderade ett kapitel om nanozymer.
Kolorimetriska tillämpningar av peroxidasmimesis i olika preparat rapporterades 2010 och 2011, för att detektera respektive glukos (via karboxylmodifierad grafenoxid ) och enkelnukleotidpolymorfismer (i en märkningsfri metod som förlitar sig på hemin -grafenhybrid nanoskivor), med fördelar i både kostnad och bekvämlighet. En användning av färg för att visualisera tumörvävnader rapporterades 2012, med hjälp av peroxidasmimesis av magnetiska nanopartiklar belagda med ett protein som känner igen cancerceller och binder till dem.
Även 2012 visades nanotrådar av vanadinpentoxid (vanadia, V 2 O 5 ) undertrycka marin biopåväxt genom att efterlikna vanadinhaloperoxidas, med förväntade ekologiska fördelar. En studie vid ett annat center två år senare rapporterade att V 2 O 5 visade efterlikning av glutationperoxidas in vitro i däggdjursceller, vilket tyder på framtida terapeutisk tillämpning. Samma år rapporterades en karboxylerad fulleren kallad C3 vara neuroprotektiv i en primatmodell av Parkinsons sjukdom .
År 2015 föreslogs en supramolekylär nanoenhet för bioortogonal reglering av ett övergångsmetallnanozym, baserat på att kapsla in nanozymet i ett monolager av hydrofila guldnanopartiklar, växelvis isolera det från cytoplasman eller tillåta åtkomst enligt en portvaktsreceptormolekyl som kontrolleras av konkurrerande gästarter . ; enheten, som är avsedd för avbildning och terapeutiska tillämpningar, är av biomimetisk storlek och var framgångsrik inom den levande cellen, kontrollerade profluorofor och prodrug - aktivering. Ett enkelt sätt att producera Cu(OH)
2 -superburar rapporterades, tillsammans med en demonstration av deras inneboende peroxidasmimik. En byggnadsställning "INAzyme" ("integrerad nanozyme") beskrevs, som lokaliserade hemin (en peroxidashärmare) med glukosoxidas (GOx) i sub-mikron närhet, vilket ger en snabb och effektiv enzymkaskad rapporterad som övervakning av cerebral hjärncellsglukos dynamiskt in vivo . En metod för jonisering av hydrofob-stabiliserade kolloidanopartiklar beskrevs, med bekräftelse på deras enzymmimik i vattenhaltig dispersion.
Fältförsök i Västafrika tillkännagavs av ett magnetiskt nanopartikelförstärkt snabbt lågpristest för ebolavirus . H
2 O
2 rapporterades som förskjutning av märkt DNA, adsorberat till nanoceria, i lösning, där det fluorescerar, vilket ger ett mycket känsligt glukostest. Oxidasliknande nanoceria användes för att utveckla självreglerade bioanalyser. Multienzymhärmar preussiskt blått utvecklades för terapi. En recension om metallorganisk ramverk (MOF)-baserad enzymhärmare publicerades. Histidin användes för att modulera järnoxidnanopartiklars peroxidas-härmande aktiviteter. Guldnanopartiklars peroxidas-härmande aktiviteter modulerades via en supramolekylär strategi för kaskadreaktioner. En molekylär präglingsstrategi utvecklades för att förbättra selektiviteten hos Fe 3 O 4 -nanozymer med peroxidasliknande aktivitet. En ny strategi utvecklades för att förbättra den peroxidas-härmande aktiviteten hos guldnanopartiklar genom att använda heta elektroner. Forskare designade guldnanopartikelbaserade integrerande nanozymer med både ytförstärkt Raman-spridning och peroxidas-härmande aktiviteter för att mäta glukos och laktat i levande vävnader. Cytokrom c- oxidas-härmande aktivitet av Cu 2 O nanopartiklar modulerades genom att ta emot elektroner från cytokrom c . Fe 3 O 4 nanopartiklar kombinerades med glukosoxidas för tumörterapi. Mangandioxid nanozymer användes som cytoskyddande skal. Ett Mn 3 O 4 nanozym för Parkinsons sjukdom (cellulär modell) rapporterades. Heparin-eliminering hos levande råttor övervakades med tvådimensionella MOF-baserade peroxidashärmare och AG73-peptid. Glukosoxidas och järnoxidnanozymer inkapslades i multikompartmentala hydrogeler för inkompatibla tandemreaktioner. En kaskad-nanozymbiosensor utvecklades för detektion av livsdugliga Enterobacter sakazakii . Ett integrerat nanozym av GOx@ZIF-8(NiPd) utvecklades för tandemkatalys. Laddningsväxlande nanozymer utvecklades. Platsselektivt RNA-splitsningsnanozym utvecklades. Ett specialnummer för nanozymer i Progress in Biochemistry and Biophysics publicerades. Mn 3 O 4 nanozymer med förmågan att avlägsna reaktiva syrearter utvecklades och visade in vivo antiinflammatorisk aktivitet. Ett förslag med titeln "A Step into the Future – Applications of Nanopartikel Enzyme Mimics" presenterades. Fasettberoende oxidas- och peroxidasliknande aktiviteter av palladiumnanopartiklar rapporterades. Au@Pt multibranched nanostrukturer som bifunktionella nanozymer utvecklades. Ferritinbelagda kolnanozymer utvecklades för tumörkatalytisk terapi. CuO nanozymer utvecklades för att döda bakterier på ett ljuskontrollerat sätt. Enzymatisk aktivitet av syresatt CNT studerades. Nanozymer användes för att katalysera oxidationen av L -tyrosin och L -fenylalanin till dopakrom. Nanozymer presenterades som ett framväxande alternativ till naturligt enzym för biosensing och immunanalyser. En standardiserad analys föreslogs för peroxidasliknande nanozymer. Halvledarkvantumprickar användes som nukleaser för platsselektiv fotoinducerad klyvning av DNA. Tvådimensionella MOF-nanozymbaserade sensormatriser konstruerades för att detektera fosfater och undersöka deras enzymatiska hydrolys. Kvävedopade kolnanomaterial som specifika peroxidashärmar rapporterades. Nanozyme-sensormatriser utvecklades för att detektera analyter från små molekyler till proteiner och celler. Ett kopparoxidnanozym för Parkinsons sjukdom rapporterades. Exosomliknande nanozymvesiklar för tumöravbildning utvecklades. En omfattande recension om nanozymer publicerades av Chemical Society Reviews . En lägesrapport om nanozymer publicerades. t.ex. beläggning som en effektiv deskriptor utvecklades för den katalytiska aktiviteten hos perovskitoxidbaserade peroxidashärmare. En Chemical Reviews -artikel om nanozymer publicerades. En enatomsstrategi användes för att utveckla nanozymer. Ett nanozym för metallfri bioinspirerad kaskadfotokatalys rapporterades. Chemical Society Reviews publicerade en handledningsgranskning om nanozymer. Kaskad-nanozymreaktioner för att fixera CO 2 rapporterades. Peroxidasliknande guldnanokluster användes för att övervaka renalt clearance. Ett koppar-kolhybridnanozym utvecklades för antibakteriell terapi. Ett ferritin-nanozym utvecklades för att behandla cerebral malaria. Accounts of Chemical Research granskade nanozymer. En ny strategi som kallas stameffekt utvecklades för att modulera metallnanozymaktivitet. Preussiska blå nanozymer användes för att detektera svavelväte i hjärnan på levande råttor. Fotolyasliknande CeO 2 rapporterades. En ledare om nanozymer med titeln "Can Nanozymes Have an Impact on Sensing?" publicerades.
2020-talet
Ett enatoms nanozym utvecklades för sepsishantering. Självmonterat enkelatoms nanozym utvecklades för fotodynamisk terapi av tumörer. Ett ultraljudsbytbart nanozym mot multiresistent bakterieinfektion rapporterades. En nanozymbaserad H2O2- homeostasstörare för kemodynamisk tumörterapi rapporterades. Ett iridiumoxidnanozym för kaskadreaktion utvecklades för tumörterapi. En bok med titeln Nanozymology publicerades. En nanosvamp som rensar bort fria radikaler konstruerades för ischemisk stroke. En minireview publicerades om guldkonjugatbaserade nanozymer. SnSe nanosheets som dehydrogenasmimiker utvecklades. En kolprickbaserad topoisomeras I-härma rapporterades klyva DNA. Nanozyme-sensorer utvecklades för att upptäcka bekämpningsmedel. Bioortogonala nanozymer användes för att behandla bakteriella biofilmer. Ett rodiumnanozym utvecklades för att behandla kolonsjukdom. Ett Fe-NC nanozym utvecklades för att studera läkemedel-läkemedelsinteraktioner. Ett polymert nanozym utvecklades för andra nära-infraröd fototermisk cancerferroterapi. Ett Cu5.4O nanozym rapporterades för antiinflammationsterapi. Ett CeO 2 @ZIF-8 nanozym utvecklades för att behandla reperfusionsinducerad skada vid ischemisk stroke. Peroxidasliknande aktivitet av Fe 3 O 4 undersöktes för att studera den elektrokatalytiska kinetiken på nivån enmolekyl/enkelpartikel. Ett Cu-TA-nanozym tillverkades för att avlägsna reaktiva syreämnen från cigarettrök. Ett metalloenzymliknande kopparnanokluster rapporterades ha anticancer- och bildbehandlingsaktiviteter samtidigt. Ett integrerat nanozym utvecklades för antiinflammationsterapi. Förbättrad enzymliknande katalytisk aktivitet rapporterades under icke-jämviktsförhållanden för guldnanozymer. En densitetsfunktionella teorimetod föreslogs för att förutsäga aktiviteterna hos peroxidasliknande nanozymer. Ett hydrolytiskt nanozym utvecklades för att konstruera en immunosensor. Ett oralt administrerat nanozym utvecklades för behandling av inflammatorisk tarmsjukdom . En ligandberoende aktivitetsteknisk strategi rapporterades utveckla ett glutationperoxidas-härmare MIL-47(V) metall-organiskt ramverksnanozym för terapi. Ett single-site nanozyme utvecklades för tumörterapi. Ett SOD-liknande nanozym utvecklades för att reglera mitokondrierna och neurala cellfunktioner. En Pd12-koordinationsbur som ett fotoreglerat oxidasliknande nanozym utvecklades. Ett NADPH-oxidasliknande nanozym utvecklades. Ett katalasliknande nanozym utvecklades för tumörterapi. Ett defektrikt adhesivt molybdendisulfid/reducerad grafenoxidnanozym utvecklades för antibakteriell aktivitet. Ett MOF@COF nanozym utvecklades för antibakteriell aktivitet. Plasmoniska nanozymer rapporterades. Tumörmikromiljökänsligt nanozym utvecklades för tumörterapi. En protein-ingenjörsinspirerad metod utvecklades för att designa högaktiva nanozymer. En ledare om definition av nanozymer publicerades. En nanozymterapi för hyperurikemi och ischemisk stroke utvecklades. Chemistry World publicerade ett perspektiv på artificiella enzymer och nanozymer. En recension om enatomskatalysatorer, inklusive enatoms nanozymer, publicerades. Peroxidasliknande blandade FeCo-oxidbaserade yttexturerade nanostrukturer (MTex) användes för utrotning av biofilm. Ett nanozym med bättre kinetik än naturligt peroxidas utvecklades. Ett självskyddande nanozym utvecklades för Alzheimers sjukdom. CuSe nanozymes utvecklades för att behandla Parkinsons sjukdom. Ett nanoklusterbaserat nanozym utvecklades. Glukosoxidasliknande guldnanopartiklar kombinerade med cyklodextran användes för kiral katalys. Ett artificiellt binukleärt kopparmonooxygenas i en MOF utvecklades. En recension om högeffektiv design av nanozymer publicerades. Ni-Pt-peroxidashärmare utvecklades för bioanalys. Ett POM-baserat nanozym rapporterades skydda celler från reaktiva syrearter. En gatingstrategi användes för att framställa selektiva nanozymer. Ett mangan enatoms nanozym utvecklades för tumörterapi. Ett pH-känsligt oxidasliknande grafitiskt nanozym utvecklades för selektiv dödande av Helicobacter pylori . Ett konstruerat FeN 3 P-centrerat enatoms nanozym utvecklades. Peroxidas- och katalasliknande aktiviteter hos guldnanozymer modulerades. Nanozymer av grafdiyn-ceriumoxid utvecklades för strålbehandling av matstrupscancer. Defektteknik användes för att utveckla nanozym för tumörterapi. En bok med titeln Nanozymes for Environmental Engineering publicerades. Ett palladium enatoms nanozym utvecklades för tumörterapi. Ett pepparrotsperoxidasliknande nanozym utvecklades för tumörterapi. Mekanismen för ett GOx-liknande nanozym rapporterades. En recension om nanozymer publicerades. En mekanismstudie på nanonukleasliknande nanozym rapporterades. Ett perspektiv på nanozymdefinition publicerades. Aptananozymer utvecklades. Ceria nanozyme laddade mikronålar hjälpte håret att växa igen. Ett katalasliknande platinananozym användes för analys av små extracellulära vesiklar. En bok om Nanozymes: Advances and Applications publicerades av CRC Press. En recension om katalytisk omsättning av nanozymer publicerades. Ett nanozym utvecklades för ratiometrisk molekylär avbildning. Ett Fe3O4 / Ag/Bi2MoO6 fotoaktiverbart nanozym utvecklades för cancerterapi . Co/C som en NADH-oxidashärmare rapporterades. Ett nanozym av järnoxid användes för att rikta in sig på biofilmer som orsakar karies. En ny strategi för högpresterande nanozymer utvecklades. En beräkningsstrategi med hög genomströmning utvecklades för att upptäcka SOD-liknande nanozymer. En recensionsartikel med titeln "Nanozyme-Enabled Analytical Chemistry" publicerades i Analytical Chemistry . En nanozymbaserad behandling för gikt rapporterades. En datainformerad strategi för upptäckt av nanozymer rapporterades. Preussiskt blått nanozym användes för att lindra neurodegeneration. Ett enkelatoms nanozym med två element utvecklades. En valenskonstruerad metod utvecklades för att designa antioxidantbanozym för biomedicinska tillämpningar. I kombination med litet störande RNA användes ceria nanozyme för synergistisk behandling av neurodegenerativa sjukdomar. En universell analys för katalasliknande nanozymer rapporterades. En nanozymkatalyserad CRISPR-analys utvecklades. En nanozymbaserad tumörspecifik fotoförstärkt katalytisk terapi utvecklades. Enkelatoms nanozymer för hjärntraumaterapi rapporterades. En avancerad teknikstrategi utvecklades för att tillverka enatoms nanozymer. Ett enatoms nanozym utvecklades för att modulera tumörmikromiljön för terapi. En ny mekanism för peroxidasliknande Fe3O4 föreslogs. Ett växtvirus som spjälkar nanozym rapporterades. Nanozymes är utvald som en av IUPAC Top Ten Emerging Technologies in Chemistry 2022. En bok med titeln "Nanozymes: Design, Synthesis, and Applications" publicerades av ACS. Nanozymer användes för att ta bort och bryta ner mikroplaster. Ett kylanpassat nanozym rapporterades. Ett MOF-818 nanozym med antioxidas-härmande aktiviteter användes för att behandla diabetiska kroniska sår. Cu enatoms nanozymer utvecklades för katalytisk tumörspecifik terapi. Maskininlärning användes för att söka efter nanozymer. Enzymliknande meso-bakroporös kolsfär utvecklades. En kombination av DNAzyme och nanozyme rapporterades.