納米酶的應(yīng)用及其倫理問題

納米酶的應(yīng)用及其倫理問題引言PaperAbstrac納米酶是一類既有納米材料的獨(dú)特性能，又有催化功能的模擬酶。納米酶具有催化效率高、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和規(guī)?；苽涞奶攸c(diǎn)，它在醫(yī)學(xué)、化工、食品、農(nóng)業(yè)和環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。納米酶的發(fā)現(xiàn)是基于材料在納米尺度(1～100nm)展現(xiàn)出與其宏觀尺度不同的新特性。已被利用的納米酶例如，F(xiàn)e3O4納米材料通常被認(rèn)為是一種無機(jī)的惰性物質(zhì)，其磁性特征被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)與核酸的分離純化、細(xì)胞標(biāo)記、腫瘤治療以及核磁共振成像。如果想賦予磁納米材料更多的功能，如催化活性，人們常常采用“加法”，在其表面修飾一些酶或其他催化基團(tuán)，從而使其獲得催化功能。如果想賦予磁納米材料更多的功能，如催化活性，人們常常采用“加法”，在其表面修飾一些酶或其他催化基團(tuán)，從而使其獲得催化功能。例如，Scrimin等將氮雜冠醚(azacrown)修飾在金納米顆粒表面，經(jīng)鋅離子螯合后，使其獲得剪切磷酸二酯鍵的催化活性，以模擬RNase的功能。盡管這種被修飾的金納米顆粒也被稱為納米酶，但其催化活性來自于其表面修飾的化學(xué)物質(zhì)，而不是來自于納米材料本身的特性。納米酶的問世，改變了以往人們認(rèn)為無機(jī)納米材料是一種生物惰性物質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，揭示了納米材料內(nèi)在的生物效應(yīng)及新特性，豐富了模擬酶的研究，使其從有機(jī)復(fù)合物拓展到無機(jī)納米材料，拓展了納米材料的應(yīng)用范圍。納米酶既有天然酶的高催化活性，又有模擬酶穩(wěn)定而經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)壹貳自2007年類HRP酶活性納米酶報(bào)道以來，納米酶的研究迅速崛起，研究的涉及面也逐漸廣泛，已經(jīng)包括材料科學(xué)、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)和環(huán)境等不同領(lǐng)域。第一例無機(jī)納米材料的酶學(xué)特性（閻錫蘊(yùn)院士組）迄今，已有超過40種不同納米酶相繼被發(fā)現(xiàn)。催化機(jī)理研究在催化機(jī)理研究方面，近年來國內(nèi)外的系列研究表明，納米酶具有催化氧化還原反應(yīng)的多酶效應(yīng)，氧化鐵納米顆粒在酸性環(huán)境中催化過氧化氫轉(zhuǎn)化為羥基自由基，而在中性環(huán)境中則清除羥基自由基等活性氧化物質(zhì)，而普魯士藍(lán)納米顆粒則可以顯著下調(diào)細(xì)胞中的ROS尤為重要的是鐵基納米酶與已知的促氧化或抑氧化小分子不同。應(yīng)用深圳市納米酶腫瘤轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)現(xiàn)并報(bào)道的磁納米顆粒的酶催化活性（Naturenanotechnology2007）之后，將其應(yīng)用于免疫組化檢測，以及并將我們發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的新型標(biāo)志物用于癌癥的診斷，發(fā)明了一種具有腫瘤識(shí)別和催化顯色雙功能的納米材料（Naturenanotechnology2012）。、該材料應(yīng)用于免疫組化檢測時(shí)將顯色步驟減少為1步，時(shí)間縮短為1小時(shí)，檢測結(jié)果不僅可以對(duì)腫瘤性質(zhì)和患者預(yù)后做出判斷，而且可以指導(dǎo)醫(yī)師選擇合適的藥物進(jìn)行治療，是免疫組化領(lǐng)域革命性和創(chuàng)新性的技術(shù)，2012年獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

該核心技術(shù)是在重組的24聚體Ferritin納米小體內(nèi)部包入磁顆粒，合成一種外徑12納米，內(nèi)核8納米的雙功能納米材料，利用這種納米材料的蛋白外殼在癌癥細(xì)胞上的特異受體（TFR1）實(shí)現(xiàn)腫瘤的靶向性，同時(shí)利用該材料磁納米顆粒內(nèi)核的酶活性催化底物顯色，從而區(qū)別正常組織和腫瘤組織，實(shí)現(xiàn)癌癥的及早診斷和判斷。

優(yōu)勢以及核心技術(shù)更可喜的是，近年來納米酶的應(yīng)用已經(jīng)從體外檢測發(fā)展到了體內(nèi)治療。實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展的納米藥物靶向輸送載體，將藥物精準(zhǔn)地投放到腫瘤部位，使其局部藥濃度提高10倍。在提高療效的同時(shí)，降低化療藥物良莠不分的副作用，為解決藥物輸送的瓶頸問題提供了新思路。曲曉剛實(shí)驗(yàn)室證明了四氧化三鐵納米酶能夠緩解由外界刺激、衰老或基因功能異常所造成的氧化應(yīng)激，通過攝入含四氧化三鐵納米酶的食物能顯著改善阿爾茲海默癥果蠅模型的癥狀。樊春海實(shí)驗(yàn)室也證明通過喂食氧化鐵納米酶能夠消除體內(nèi)代謝產(chǎn)生的高活性氧，并改善阿爾茨海默癥果蠅模型的癥狀。韓國科學(xué)家Seung-HoonLee和TaeghwanHyeon證明氧化鈰納米酶能夠保護(hù)由高活性氧導(dǎo)致的缺血性腦卒中，并在大鼠模型上得到驗(yàn)證。這些最新結(jié)果都預(yù)示納米酶在對(duì)抗代謝性疾病、神經(jīng)退行性疾病、心腦血管病和衰老方面具有潛在的治療用途。納米酶及納米材料所涉及的倫理問題科學(xué)家們因納米技術(shù)可能對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成消極影響而憂心忡忡。很多納米粒子被吸入肺中會(huì)有何影響以及納米材料是否有毒等都成為了人們思考的問題。目前人造納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥工業(yè)、染料、涂料、食品、化妝品、環(huán)境污染治理等傳統(tǒng)或新興產(chǎn)業(yè)中人們?cè)谘芯?、生產(chǎn)、生活中接觸到納米材料的機(jī)會(huì)越來越多納米技術(shù)的應(yīng)用可能引發(fā)相應(yīng)的環(huán)境倫理問題。這些問題包括:為了追求經(jīng)濟(jì)利益,某些機(jī)構(gòu)可能在對(duì)納米技術(shù)的環(huán)境安全評(píng)估尚不充分的時(shí)候就推行納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、肆意排放納米廢物從而污染環(huán)境、危及他人利益和健康、造成代內(nèi)不公正;對(duì)納米技術(shù)的濫用可能從微觀層次破壞生態(tài)系統(tǒng),并且這種破壞造成的危害很可能是無法挽回的,這便違背了環(huán)境倫理學(xué)的代際公正原則。顯然納米技術(shù)有積極作用的同時(shí)也具有一些隱患。納米酶及納米材料所涉及的倫理問題生命倫理學(xué)是指對(duì)生命科學(xué)和衛(wèi)生保健領(lǐng)域中人類行為的系統(tǒng)研究，用道德價(jià)值和原則檢驗(yàn)此范圍內(nèi)人的行為。納米技術(shù)為我們提供了一種對(duì)醫(yī)學(xué)乃至生命科學(xué)的全新認(rèn)識(shí)方法和實(shí)踐方法。納米器件直接作用于患處，納米微粒藥物可以全面滲透患處等大大提高了我們的醫(yī)療水平，但如果不加限制地濫用，也會(huì)引發(fā)一系列的倫理問題。威脅人類健康由于納米微小的身材，導(dǎo)致它及其不易控制。散發(fā)到空氣中的納米微粒，被人體吸收后將會(huì)產(chǎn)生特殊生物機(jī)制，作用于人體心肺，嚴(yán)重威脅人體健康。納米藥物的使用不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果?！笆撬幦侄尽保螞r納米藥物特性的神秘不可預(yù)測。例如，當(dāng)用納米顆粒作為蛋白質(zhì)的載體，它一旦注入體內(nèi)，納米顆粒也會(huì)與體內(nèi)的天