生物正交催化为活体内实现非天然催化反应提供了新思路
过渡金属介导的生物正交催化促进了一个新的人工化学子领域的发展，该领域与酶促反应互补，允许选择性地标记生物分子或原位合成生物活性物质。为了在高等生命体中进行生物正交催化，可通过移植或注射的方式将纳米制剂形式的过渡金属催化剂摄入到小动物体内，但是该过程需要精心设计和复杂的手术。此外，过渡金属催化剂如何在治疗后移除、潜在的金属毒性、免疫原性、非特异性沉积引起非目标位点的催化反应等问题，限制了生物正交催化的在高等生命体中的进一步应用。
图1. 利用过渡金属与PVA共混制备微针装置，用于介导小鼠肿瘤模型中的生物正交催化。
（图片来源：Nature Nanotechnology）
近日，福州大学化学学院陈兆委教授以第一作者在Nature Nanotechnology杂志在线发表了最新工作“Bioorthogonal Catalytic Patch”（DOI: 10.1038/s41565-021-00910-7），利用聚乙烯醇（PVA）与钯纳米颗粒沉积的二氧化钛纳米片（Pd-TNS）共混，制备了一款可以非常简易、有效地在小鼠肿瘤内介导生物正交催化的微针装置（图1）。其中，钯纳米颗粒可以催化N-(烯丙氧羰基)-caged药物分子或荧光分子的“脱笼”反应；二氧化钛纳米片上富含羟基，既可以作为钯纳米颗粒催化剂的载体，又有利于催化剂在PVA基质中均匀分散，同时赋予微针足够的强度，以微创的形式刺入皮肤。通过使用小鼠黑色素瘤模型，改生物正交催化器件可以在肿瘤内原位激活通过系给药方式摄入的N-(烯丙氧羰基)-caged的阿霉素前药。利用这种生物正交催化激活前药的设计，可以在避免原药对正常器官造成损伤的前提下，增加前药的剂量。此外，Pd-TNS与PVA之间的界面相互作用以及由PVA分子链形成的氢键可以使微针在水化状态下仍具备足的机械强度，方便整个微针装置的移除，也不会在小鼠体内残留过渡金属或引起炎症反应。
本论文通过结合过渡金属催化剂与微针装置，发展了一种简洁有效的生物正交催化设计，为在活体内实现非天然催化反应提供了新思路，期待生物正交催化相关技术能促进新型药物递送技术的开发。
陈兆委于2020年3月入职福州大学化学学院，获聘闽江学者特聘教授、“四青项目”之一，并加入杨黄浩教授（国家杰青）领衔的教育部“食品安全与生物分析”创新团队，在团队主从事仿生人工细胞、生物正交催化/生物催化、纳米医药（针对糖尿病、神经退行性疾病、癌症等疾病）、X射线光遗传学等相关基础与应用研究。
