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近日，南開(kāi)大學(xué)藥物化學(xué)生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和藥學(xué)院的陳瑤研究員課題組以金屬有機(jī)框架材料(MOFs)為犧牲模板，制備了高效負(fù)載生物分子的共價(jià)有機(jī)框架材料(COFs)膠囊，為固定化體系中的生物大分子“松綁”，創(chuàng)建了一種操作簡(jiǎn)便、可定制化的新型生物制劑平臺(tái)。該工作發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）上，南開(kāi)大學(xué)藥學(xué)院博士生李明敏為論文第一作者。

據(jù)介紹，膠囊結(jié)構(gòu)既可有效保護(hù)酶不受外部環(huán)境的影響，又能賦予內(nèi)腔中的酶更高的自由度。同時(shí)，COFs的孔道設(shè)計(jì)有效保證了底物的順利傳質(zhì)。此方法不受生物大分子的尺寸限制，普適性強(qiáng)，且適用于多酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)。該研究為理解酶在體外的生物催化行為提供指導(dǎo)，為人工細(xì)胞器、生物反應(yīng)器和先進(jìn)微器件的構(gòu)建及相關(guān)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路。固定化技術(shù)已經(jīng)成為促進(jìn)生物大分子應(yīng)用的有效途徑。在發(fā)揮限域空間保護(hù)力的同時(shí)，最大限度對(duì)生物大分子的結(jié)構(gòu)和活性“保真”，是這一領(lǐng)域亟待解決的挑戰(zhàn)。然而，傳統(tǒng)固定化制劑存在一些缺點(diǎn)，例如，柔性的生物大分子的效能一定程度上有賴于自身的自由度，而包裹率低、泄露、體系的傳質(zhì)也是困擾此領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題，亟待開(kāi)發(fā)針對(duì)上述問(wèn)題的新型固定化制劑平臺(tái)。圖1. 三步法制備生物分子@COF膠囊結(jié)構(gòu)的示意圖受到生命體普遍存在的分區(qū)效應(yīng)的啟發(fā)，陳瑤課題組另辟蹊徑，提出了一種用MOFs作為犧牲模板，二次構(gòu)筑限域空間，制備COFs膠囊封裝生物大分子的新策略。COFs的多孔性、高穩(wěn)定性和可調(diào)節(jié)性使其成為固定化制劑的優(yōu)良載體。然而，其制備過(guò)程的苛刻條件阻礙了其生物醫(yī)藥應(yīng)用。而利用多孔材料直接吸附或包裹生物大分子，易將其禁錮，缺乏自由度而導(dǎo)致活性降低、傳質(zhì)受阻。陳瑤課題組利用溫和條件下可降解的ZIF-8、ZIF-90等作為犧牲模板，釋放出生物分子而不影響其活性的特點(diǎn)，首先用MOFs對(duì)生物分子進(jìn)行固定，繼而在其外形成COFs外殼，最后在溫和的條件下對(duì)MOFs進(jìn)行降解，對(duì)生物分子“松綁”，將其釋放到COFs的內(nèi)腔中，首次創(chuàng)建了可定制化的生物分子@COF“核殼膠囊反應(yīng)器”。并用于構(gòu)建新型生物制劑和多酶級(jí)聯(lián)催化。被保護(hù)的多亞基酶分子（如葡萄糖氧化酶和觸酶）得以被釋放到外層更大的COFs膠囊中，保護(hù)的同時(shí)賦予其更高自由度，結(jié)構(gòu)和活性得于最大程度“保真”，活力提高超過(guò)300%。圖2. 酶的催化活性表征。(a)以abts為底物，cyt c聯(lián)用的比色法檢測(cè)gox@zpf-2和gox@cof-42-b活性；(b)測(cè)量葡萄糖的降解來(lái)表征goxcat@zpf-2和g為了探究上述制備方法的普適性，陳瑤課題組使用了多種MOFs和COFs材料構(gòu)筑膠囊結(jié)構(gòu)，并成功調(diào)控了具有良好通透性的膠囊的內(nèi)部空腔大小和壁厚。試驗(yàn)證明該策略同樣適用于其他生物大分子和多酶級(jí)聯(lián)體系（活性提高達(dá)80%）。據(jù)介紹，該晶態(tài)膠囊保護(hù)的生物大分子展現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，其對(duì)加熱、有機(jī)溶劑、蛋白酶和酸等嚴(yán)苛條件處理均表現(xiàn)出耐受性。此外，反復(fù)循環(huán)利用10次后以上，其活性得以保持。

來(lái)源   南開(kāi)大學(xué)新聞網(wǎng)

論文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.0c00285

信息來(lái)源：新材料資訊

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