作者:李晨阳 来源:中国科学报 发布时间:2016/5/30 9:34:35
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中科院院士阎锡蕴:捧出一朵济世“花”

阎锡蕴在做实验 

■本报见习记者 李晨阳

在电子显微镜下观察,仿生合成的24聚体铁蛋白纳米粒子像是一朵精致的小花儿。你很难想象,它的直径只有12纳米。

“这是个魔幻般的小分子。”中科院院士、中科院生物物理所研究员阎锡蕴谈起它时,毫不掩饰自己的兴奋与喜悦。

2012年、2014年、2016年,阎锡蕴带领的课题组连续发表研究成果,证明这个花朵一样的铁蛋白不仅能够诊断肿瘤,还可以有效装载化疗药物并将其精准输送到肿瘤部位,实现肿瘤诊疗一体化。

一个新药:铁蛋白纳米载体

2013年,阎锡蕴在接受媒体采访时,就将自己的梦想概括为“One Kit, One Drug”(一种试剂,一个新药)。其中的新药,指的就是铁蛋白药物纳米载体。如今,铁蛋白纳米探针及药物载体都已处于临床前研究阶段。

所谓铁蛋白,是一种早已被人们熟知的蛋白质。此前,很少有人想到,它还有储铁功能之外的其他奥秘。而阎锡蕴团队的新发现及仿生改造,让这个不起眼的蛋白质“脱胎换骨”。

“经过改造的铁蛋白纳米粒子,与天然蛋白可谓‘形似神不似’。阎锡蕴介绍,天然铁蛋白的外壳是轻重链混合的,然而她们发现只有重链能识别肿瘤,于是创造出了重链铁蛋白纳米粒子,使其具备区别正常细胞与肿瘤细胞的能力。再将铁蛋白的内核分别置换为磁铁矿和化疗药物,前者可催化酶底物使肿瘤细胞可视化,后者则将药物精准投放到肿瘤部位,杀伤肿瘤细胞。

“正因为我们有前期知识的积累,才能将铁蛋白的各种理化特性巧妙地组合起来,得到这个神奇的‘魔法粒子’。”阎锡蕴说。

铁蛋白药物载体的最大魔力就是直接靶向肿瘤,无需标记任何靶向分子。这是因为铁蛋白纳米粒子能与肿瘤细胞膜上的转铁蛋白受体结合,从而精确地富集在肿瘤组织周围。只有在肿瘤的酸性微环境中,载体才能释放所携带的药物。这种对肿瘤细胞的高度选择性是其他载体所缺乏的,也是其最大效率杀死肿瘤而免于误伤正常细胞的原因所在。

不仅如此,铁蛋白药物载体作为一种天然蛋白质,还具有很多无机纳米物质无法比拟的优势。一方面,它体内生物相容性好,不易引起机体的免疫排斥反应;另一方面,它通过自组装自动形成,颗粒均一,批次间重复性好,易于临床转化;另外,铁蛋白超常的稳定性,大幅降低生产难度和成本。

种种精巧之至而又恰到好处的特性,让铁蛋白纳米载体像是一份天赐的礼物。但是阎锡蕴强调,她的发现和再创造,离不开课题组多年的研究积淀。

一种试剂:纳米酶试纸条

《中国科学报》记者采访到阎锡蕴时,她刚从发展中国家妇女科学组织(OWSD)女科学家大会归来。会上,她作了一场大会报告,介绍了一项刚刚实现转化的新成果:“纳米酶试纸条”。

2014年,西非暴发了有史以来最严重的埃博拉疫情。受当地条件限制,那些需要特殊仪器、实验场所和专业人员的检测技术很难普及。而经济、方便的传统试纸条,却又往往灵敏度不够。

于是,阎锡蕴课题组同中国疾控中心高福院士等合作,将传统试纸条中的胶体金替换为磁纳米酶,将灵敏度提高了100倍。

磁纳米酶同时具备分离富集样品的磁性和使底物显色的催化活性。双重特性让纳米酶试纸条成了一种非常理想的“平台技术”。只要加上不同的探针,就能实现各种功能,应用于医疗、法医、海关、畜牧业等领域。

“我一从讲台上下来,就被一群女科学家们围住了。”阎锡蕴笑着说。这些学者大多来自科威特、尼日利亚等发展中国家,她们关注这项技术,是因为在缺乏仪器、设备的国家和地区,小小的试纸条有望成为快速检测埃博拉等瘟疫病毒的利器。

2015年底,阎锡蕴团队凭借这一技术获得Atlas国际奖,这也是中国科学家首次获得该奖。当时的颁奖词是:“让科研把世界变得更美好”。

“我们不能辜负Atlas的颁奖词,要让这项科研成果为民服务,为世界作点贡献。”阎锡蕴说。

当初作为梦想的“one kit”,如今正在变成现实。很多人读过这篇论文后,从世界各地来找阎锡蕴商谈合作。预计明年,纳米酶试纸盒就会进入临床应用。

两大法宝:交叉与转化

从“one drug”到“one kit”,都延伸自一曲前奏:2007年阎锡蕴课题组发现的氧化铁纳米酶。这一成果模糊了无机材料与有机生物的界限,促进了纳米科学与医学的交融。

在此之后,阎锡蕴团队继续研究纳米酶的催化机制并拓展其应用,取得了许多重要科技进展,得到国际同行的认可。最近,Springer出版社邀请她编写《纳米酶》英文著作,美国Gordon Research Conferences邀请她组织纳米酶专题。“我们能走上交叉学科这条道路,离不开生物物理所给予的‘非常土壤’。”她说。

2003年,生物物理所交叉科学研究中心成立,引入一批物理、化学、材料学等不同学科背景的人才。每到周五,中心就提供茶水、咖啡,让这些学者们坐在一起闲聊。

起初,大家没什么共同语言。但耳濡目染下,阎锡蕴渐渐了解了不同学科的需求和关注热点,并且尝试从生物学的视角出发,兼容并蓄。正是这种思想的碰撞,让她有机会思考如何从纳米科学的角度解决生物学的问题。

从与其他学科合作开始,阎锡蕴团队的合作之路越走越宽,目前已经在与临床医生和企业合作。她说,她愿意把最大化的利益让渡给合作者。这样,她的科研成果才能走出实验室,实现最大化的价值。

“我们做这些事的意义,就是想填平研究机构和企业之间的交流鸿沟,帮助中国人自己的原创思想落地生根,使这些科研成果成为造福社会的济世之花,让我们自主研发的纳米之花结出丰硕之果。”阎锡蕴说。

《中国科学报》 (2016-05-30 第2版 科技盛会)
 
相关专题:2016两院院士大会
 
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