【產(chǎn)通社，8月29日訊】中國(guó)科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences）官網(wǎng)消息，國(guó)家納米科學(xué)中心研究員高興發(fā)和中國(guó)科學(xué)院院士趙宇亮團(tuán)隊(duì)，通過(guò)多年的基礎(chǔ)理論研究與迭代，在納米生物效應(yīng)的理論研究領(lǐng)域取得了系統(tǒng)的突破性進(jìn)展。8月17日，相關(guān)研究成果以《實(shí)現(xiàn)納米材料醫(yī)學(xué)功能篩選的催化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論》（Catalytic Signal Transduction Theory Enabled Virtual Screening of Nanomaterials for Medical Functions）為題，在線發(fā)表在Accounts of Chemical Research上。

在經(jīng)典藥學(xué)教科書(shū)中，無(wú)機(jī)材料成藥性低，一直是公開(kāi)問(wèn)題。然而，無(wú)機(jī)納米材料由于可在細(xì)胞內(nèi)催化活性氧物種發(fā)生不同化學(xué)反應(yīng)，賦予了其多種難得的生物醫(yī)學(xué)功能，近年被廣泛用于抗腫瘤、抗菌和抗氧化等無(wú)機(jī)納米藥物的創(chuàng)新研發(fā)。無(wú)機(jī)材料具有多個(gè)顯著特點(diǎn)如化學(xué)組成豐富、晶體結(jié)構(gòu)豐富、具有可調(diào)的光電磁性能、可進(jìn)行豐富的化學(xué)修飾，因而有望克服傳統(tǒng)小分子藥物靶向性低、功能單一等缺點(diǎn)。因此，相關(guān)研究已成為化學(xué)、材料、藥學(xué)和醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的前沿。然而，納米顆粒的精確結(jié)構(gòu)表征困難、細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)反應(yīng)機(jī)制缺乏有效實(shí)驗(yàn)觀測(cè)手段等因素導(dǎo)致微觀機(jī)制和構(gòu)效關(guān)系的研究頗為困難。因此，建立有效的理論模型，實(shí)現(xiàn)納米材料的醫(yī)學(xué)功能的理論預(yù)測(cè)，已成為理論創(chuàng)新研究工作的挑戰(zhàn)。

高興發(fā)課題組經(jīng)過(guò)多年研究，提出了“催化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論”，在無(wú)機(jī)納米材料細(xì)胞內(nèi)催化性質(zhì)和醫(yī)學(xué)功能之間的關(guān)系建立了創(chuàng)新的理論模型，且無(wú)機(jī)納米材料抗腫瘤功能的理論預(yù)測(cè)結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)研究的驗(yàn)證。主要成果包括：運(yùn)用第一性原理計(jì)算與理論分析方法，揭示了納米材料通過(guò)異相催化驅(qū)動(dòng)活性氧轉(zhuǎn)化，調(diào)控細(xì)胞氧化還原水平從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡的固液異相催化機(jī)制，打破了領(lǐng)域內(nèi)沿用酶和離子催化機(jī)制解釋細(xì)胞內(nèi)納米生物催化現(xiàn)象的瓶頸；突破經(jīng)典擬合公式無(wú)法前瞻性預(yù)測(cè)的局限性，建立了基于上述催化機(jī)制，以無(wú)機(jī)納米材料內(nèi)稟理化性質(zhì)為參量，定量描述其催化活性氧轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)方程和預(yù)測(cè)模型體系；提出了催化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論，確立了無(wú)機(jī)納米材料催化性質(zhì)與抗腫瘤功能間的機(jī)制聯(lián)系與定量關(guān)系，并將催化理論模型與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合，為無(wú)機(jī)納米材料抗腫瘤功能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與高通量篩選提供了創(chuàng)新的新策略。

體外化學(xué)反應(yīng)和生命活動(dòng)的底層邏輯不同。體外化學(xué)反應(yīng)遵循分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而原初生命活動(dòng)則是通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)存儲(chǔ)、放大、表達(dá)及繁殖基因信息等原理。該研究提出的“催化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論”有機(jī)融合了化學(xué)反應(yīng)和生命過(guò)程的原理，不僅能描述無(wú)機(jī)納米材料催化反應(yīng)導(dǎo)致的抗腫瘤醫(yī)學(xué)功能，而且能進(jìn)一步將納米尺度下的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)理論發(fā)展成為描述和預(yù)測(cè)納米材料生物學(xué)效應(yīng)（如免疫效應(yīng)、毒理學(xué)效應(yīng)等）的通用理論模型。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和國(guó)家納米中心等的支持。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://www.cas.cn/syky/202308/t20230824_4965541.shtml，以及http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.3c00339。（Donna Zhang，張底剪報(bào)）    （完）