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人工金属酵素も参照してください。
人工酵素は、酵素の 1 つ以上の機能を再現する合成有機分子またはイオンです。天然酵素で観察される速度と選択性で触媒作用を発揮することを目指しています。
歴史
酵素触媒による化学反応は、高い選択性と速度で起こる。基質は、酵素の高分子の活性部位と呼ばれる小さな部分で活性化される。そこで、酵素の官能基に近い基質の結合は、いわゆる近接効果による触媒を引き起こす。基質結合と触媒官能基を組み合わせることで、小分子から同様の触媒を作成することが可能である。古典的には、人工酵素は、シクロデキストリン、クラウンエーテル、カリックスアレーンなどの受容体を使用して基質に結合します。[1] [2]
アミノ酸やペプチドをベースにした人工酵素は、人工酵素や酵素模倣体の分野を拡大しました。例えば、ヒスチジン残基の骨格は、ヘモシアニン、チロシナーゼ、カテコールオキシダーゼなどの特定の金属タンパク質や酵素を模倣します。[3]
人工酵素は、 Rosettaを使用した計算戦略によってゼロから設計されています。[4] 2014年12月の出版物では、自然界には存在しない分子から作られた活性酵素が報告されました。[5] 2016年には、「人工酵素：次の波」と題された本の章が出版されました。[6]
ナノザイム
ナノザイムは酵素のような特性を持つナノ材料である。[7] [8]バイオセンシング、バイオイメージング、腫瘍の診断と治療、抗生物付着などの用途に研究されてきた。[9] [6] [10] [11] [12]
1990年代
1996年と1997年に、デュガンらはフラーレン誘導体のスーパーオキシドディスムターゼ（SOD）模倣活性を発見した。 [13] [14]
2000年代
「ナノザイム」という用語は、2004年にフラビオ・マネア、フローレンス・ボダール・ホイヨン、ルシア・パスクアト、パオロ・スクリミンによって造られました。[15] 2005年のレビュー記事[16]では、この用語は「合成された機能性ナノ粒子のいくつかの優れた触媒効率」に基づいて、「触媒ポリマー（合成酵素）の活性との類似性」によるものとされています。2006年には、ナノセリア（CeO 2 ナノ粒子）がラットの細胞内過酸化物（毒性のある活性酸素中間体）によって引き起こされる網膜変性を防ぐことが報告されました。[17]これは、特定の失明原因に対する治療への可能性のある経路を示していると考えられました。[18] 2007年にYan Xiyunらは、強磁性ナノ粒子の固有のペルオキシダーゼ様活性が、医療や環境化学など幅広い分野への応用を示唆していると報告し、著者らはこの特性に基づいた免疫測定法を設計した。[19] [20] Hui WeiとErkang Wang（2008）は、簡単に調製できる磁性ナノ粒子のこの特性を利用して、生物活性分子への分析的応用を実証し、過酸化水素（H
2お
2）とグルコース検出のための高感度かつ選択的なプラットフォームを提供する。[21]
2010年代
2016年現在[アップデート]、多くのレビュー記事が発表されている。[22] [23] [24 ] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [ 33] [34] 2015年には「人工酵素研究の文脈におけるナノザイムの幅広い肖像」を提供すると評される本格的な本が出版され、[35] 2016年に出版された酵素工学に関する中国語の本にはナノザイムに関する章が含まれていた。[36]
2010 年と 2011 年には、異なる調製物におけるペルオキシダーゼ模倣体の比色分析への応用が報告され、それぞれグルコース（カルボキシル修飾グラフェン酸化物経由）[37]と一塩基多型（ヘミン- グラフェンハイブリッドナノシートに依存するラベルフリー法） [38]を検出し、コストと利便性の両方の利点がありました。2012 年には、癌細胞を認識して結合するタンパク質でコーティングされた磁性ナノ粒子のペルオキシダーゼ模倣体を使用して、腫瘍組織を視覚化するための色の使用が報告されました。[39]
また、2012年には、五酸化バナジウム（バナジア、V 2 O 5 ）のナノワイヤがバナジウムハロペルオキシダーゼを模倣することで海洋生物付着を抑制することが示され、生態学的利点が期待されました。[40] 2年後、別のセンターで行われた研究では、V 2 O 5 が哺乳類細胞で試験管内グルタチオンペルオキシダーゼを模倣していることが報告され、将来の治療への応用が示唆されました。[41]同年、C3と呼ばれるカルボキシル化フラーレンがパーキンソン病の霊長類モデルで神経保護作用があることが報告されました。[42]
2015年に、遷移金属ナノザイムの生体直交制御のための超分子ナノデバイスが提案された。これは、親水性金ナノ粒子の単層にナノザイムをカプセル化し、交互に細胞質から隔離するか、競合するゲスト種によって制御されるゲートキーピング受容体分子に従ってアクセスできるようにすることをベースとしている。イメージングおよび治療用途を目的としたこのデバイスは、生体模倣サイズであり、生細胞内でプロフルオロフォアおよびプロドラッグの活性化を制御して成功した。[43] [44] Cu(OH)を生成するための簡単な方法
2スーパーケージが報告され、その固有のペルオキシダーゼ模倣の実証もなされた。[45]ヘミン（ペルオキシダーゼ模倣体）をグルコースオキシダーゼ（GOx）とサブミクロンの近接度で配置した足場付き「INAzyme」（「統合ナノザイム」）配置が説明され、脳細胞のグルコースを生体内で動的に監視すると報告された高速で効率的な酵素カスケードが提供される。[46]疎水性物質で安定化されたコロイドナノ粒子をイオン化する方法が記載され、水性分散液中での酵素模倣が確認された。[47]自己組織化特性を持つ 新規に設計された メタロペプチドがジメトキシフェノールの酸化反応を行う。[48]
西アフリカで、磁性ナノ粒子増幅によるエボラウイルスの迅速で低コストなストリップ検査のフィールド試験が発表された。[49] [50] H
2お
2ナノセリアに吸着した標識DNAを溶液中に置換すると蛍光を発し、高感度のグルコース検査が可能になることが報告されている。[51] オキシダーゼ様ナノセリアは、自己制御型バイオアッセイの開発に使用された。[52]プルシアンブルーを模倣した多酵素が治療用に開発された。[53]金属有機構造体（MOF）ベースの酵素模倣体に関するレビューが発表された。[54]ヒスチジンは、酸化鉄ナノ粒子のペルオキシダーゼ模倣活性を調節するために使用された。[55]金ナノ粒子のペルオキシダーゼ模倣活性は、カスケード反応のための超分子戦略によって調節された。[ 56]ペルオキシダーゼ様活性を持つFe 3 O 4ナノザイムの選択性を向上させる分子インプリンティング戦略が開発された。 [57]ホットエレクトロンを使用して金ナノ粒子のペルオキシダーゼ模倣活性を高める新しい戦略が開発された。[58]研究者らは、生体組織中のグルコースと乳酸を測定するために、表面増強ラマン散乱とペルオキシダーゼ模倣活性の両方を備えた金ナノ粒子ベースの統合ナノザイムを設計した。[59] Cu 2 Oナノ粒子のシトクロムcオキシダーゼ模倣活性は、シトクロムcから電子を受け取ることによって調節された。[60] Fe 3 O 4ナノ粒子は、腫瘍治療のためにグルコースオキシダーゼと組み合わせられた。[61]二酸化マンガンのナノザイムは、細胞保護シェルとして使用された。[62]パーキンソン病（細胞モデル）用のMn 3 O 4ナノザイムが報告された。 [63]生きたラットのヘパリン排出は、2次元MOFベースのペルオキシダーゼ模倣体とAG73ペプチドを使用して監視された。[64]グルコースオキシダーゼと酸化鉄ナノザイムは、非互換性のあるタンデム反応のためにマルチコンパートメントハイドロゲル内にカプセル化されている。[65]生存中のEnterobacter sakazakiiの検出用にカスケードナノザイムバイオセンサーが開発された。[66]タンデム触媒用にGOx@ZIF-8(NiPd)の統合ナノザイムが開発された。[67]電荷切り替え可能なナノザイムが開発された。[68]部位選択的RNAスプライシングナノザイムが開発された。[69] Progress in Biochemistry and Biophysicsにナノザイム特集号が発行された。[70] Mn 3 O 4活性酸素種を除去する能力を持つナノザイムが開発され、生体内で抗炎症活性を示した。[71]「未来への一歩 - ナノ粒子酵素模倣体の応用」と題する提案が発表された。[72]パラジウムナノ粒子のファセット依存性酸化酵素およびペルオキシダーゼ様活性が報告された。[73]二機能性ナノザイムとしてのAu@Pt多分岐ナノ構造が開発された。[74]フェリチン被覆カーボンナノザイムが腫瘍触媒療法用に開発された。[75] CuOナノザイムが光制御方式で細菌を殺すために開発された。[76]酸素化CNTの酵素活性が研究された。[77]ナノザイムは、L-チロシンおよびL-フェニルアラニンのドーパクロムへの酸化を触媒するために使用された。 [78] [79]ペルオキシダーゼ様ナノザイムの標準化されたアッセイが提案された。[80]半導体量子ドットは、DNAの部位選択的な光誘起切断のためのヌクレアーゼとして利用された。[81]リン酸を検出し、その酵素加水分解を調べるために、2次元MOFナノザイムベースのセンサーアレイが構築された。 [82]特定のペルオキシダーゼ模倣物としての窒素ドープカーボンナノマテリアルが報告された。[83]ナノザイムセンサーアレイは、小分子からタンパク質や細胞までの分析対象物を検出するために開発された。[84]パーキンソン病用の酸化銅ナノザイムが報告された。[85]腫瘍イメージング用のエクソソーム様ナノザイム小胞が開発された。[86]ナノザイムに関する包括的なレビューがChemical Society Reviewsに掲載された。[8]ナノザイムに関する進捗報告書が発表された。[87] 例えば、ペロブスカイト酸化物ベースのペルオキシダーゼ模倣体の触媒活性に対する効果的な記述子として占有率が開発された。[88]ナノザイムに関するChemical Reviewsの論文が発表された。[89]ナノザイムの開発には単一原子戦略が使用された。[90] [91] [92] [93]金属を使用しないバイオインスパイアードカスケード光触媒用のナノザイムが報告された。[94] Chemical Society Reviewsはナノザイムに関するチュートリアルレビューを発表した。[95] CO2を固定するカスケードナノザイム反応が報告された。[96]ペルオキシダーゼのような金ナノクラスターは、腎クリアランスのモニタリングに使用されました。[97 ]銅と炭素のハイブリッドナノザイムは、抗菌療法用に開発されました。[98]フェリチンナノザイムは、脳マラリアの治療用に開発されました。[99] Accounts of Chemical Research は、ナノザイムをレビューしました。[100]金属ナノザイムの活性を調節するために、ひずみ効果と呼ばれる新しい戦略が開発されました。[101]プルシアンブルーナノザイムは、生きたラットの脳内の硫化水素を検出するために使用されました。 [102]フォトリアーゼのような CeO 2が報告されました。[103]「ナノザイムは感知に影響を与えることができるか?」と題されたナノザイムに関する論説が発表されました。[104]
2020年代
敗血症の管理用に単一原子ナノザイムが開発された。[105]腫瘍の光線力学療法用に自己組織化単一原子ナノザイムが開発された。 [106]多剤耐性細菌感染症に対する超音波切り替え可能ナノザイムが報告された。[107]化学力学腫瘍療法用のナノザイムベースのH 2 O 2恒常性撹乱剤が報告された。[108]腫瘍治療用のカスケード反応用イリジウム酸化物ナノザイムが開発された。[109] 「ナノザイモロジー」と題する本が出版された。[110]虚血性脳卒中用にフリーラジカル消去ナノスポンジが設計された。[111]金コンジュゲートベースのナノザイムに関するミニレビューが出版された。[112]脱水素酵素模倣物としてのSnSeナノシートが開発された。[113]カーボンドットベースのトポイソメラーゼI模倣物がDNAを切断すると報告された。[114]ナノザイムセンサーアレイは、農薬を検出するために開発されました。 [115]バイオ直交ナノザイムは、細菌バイオフィルムの治療に使用されました。[116]ロジウムナノザイムは、結腸疾患の治療のために開発されました。[117] Fe-NCナノザイムは、薬物間相互作用を研究するために開発されました。[118]ポリマーナノザイムは、第2の近赤外線光熱癌鉄療法のために開発されました。[119] Cu5.4Oナノザイムは、抗炎症療法に報告されました。[120] CeO 2 @ZIF-8ナノザイムは、虚血性脳卒中の再灌流誘発性障害を治療するために開発されました。[121] Fe 3 O 4のペルオキシダーゼ様活性は、単一分子/単一粒子レベルでの電気触媒速度論を研究するために調査されました。[122]タバコの煙から活性酸素を除去するためにCu-TAナノザイムが製造された。[123]金属酵素のような銅ナノクラスターは、抗癌作用とイメージング作用を同時に持つことが報告された。[124]抗炎症療法のための統合ナノザイムが開発された。[125]金ナノザイムの非平衡条件下での酵素のような触媒活性の増強が報告された。[126]ペルオキシダーゼのようなナノザイムの活性を予測するための密度汎関数法が提案された。[127]免疫センサーを構築するために加水分解ナノザイムが開発された。[128]炎症性腸疾患の治療のために経口投与ナノザイムが開発された。 [129]リガンド依存性活性工学戦略が、治療用のグルタチオンペルオキシダーゼを模倣したMIL-47(V)金属有機構造体ナノザイムの開発に報告された。[130]単一部位ナノザイムが腫瘍治療用に開発された。[131] SOD様ナノザイムがミトコンドリアと神経細胞の機能を制御するために開発された。[132]光制御酸化酵素様ナノザイムとしてPd12配位ケージが開発された。[ 133] NADPH酸化酵素様ナノザイムが開発された。[134]カタラーゼ様ナノザイムが腫瘍治療用に開発された。[135]欠陥を多く含む接着性二硫化モリブデン/還元酸化グラフェンナノザイムが抗菌活性用に開発された。[136] MOF@COFナノザイムが抗菌活性用に開発された。[137]プラズモニックナノザイムが報告された。[138]腫瘍微小環境応答性ナノザイムが腫瘍治療用に開発された。[139]タンパク質工学にヒントを得た高活性ナノザイムの設計方法が開発された。[140]ナノザイムの定義に関する論説が発表された。[141]高尿酸血症および虚血性脳卒中に対するナノザイム療法が開発された。[142] Chemistry World が人工酵素とナノザイムに関する展望を発表した。[143]単原子ナノザイムを含む単原子触媒のレビューが発表された。[144]ペルオキシダーゼ様混合 FeCo 酸化物ベースの表面テクスチャ化ナノ構造 (MTex) がバイオフィルムの根絶に使用された。[145]天然ペルオキシダーゼよりも優れた速度論を持つナノザイムが開発された。[146]アルツハイマー病用の自己防衛ナノザイムが開発された。[147]パーキンソン病の治療用に CuSe ナノザイムが開発された。[148]ナノクラスターベースのナノザイムが開発された。[149]グルコースオキシダーゼに似た金ナノ粒子をシクロデキストランと組み合わせ、キラル触媒として使用した。[150] MOF内の人工二核銅モノオキシゲナーゼが開発された。[151]ナノザイムの高効率設計に関するレビューが発表された。[152] Ni-Ptペルオキシダーゼ模倣体がバイオ分析用に開発された。[153] POMベースのナノザイムが活性酸素種から細胞を保護することが報告された。[154]ゲーティング戦略を使用して選択的ナノザイムを調製した。[155]マンガン単原子ナノザイムが腫瘍治療用に開発された。[156] pH応答性酸化酵素様グラファイトナノザイムが、ヘリコバクター・ピロリを選択的に殺菌するために開発された。[157]人工FeN 3 P中心の単原子ナノザイムが開発された。[158]金ナノザイムのペルオキシダーゼおよびカタラーゼ様活性が調整された。[159]グラフダイン–酸化セリウムナノザイムが、食道がんの放射線治療用に開発された。 [160]欠陥工学が、腫瘍治療用ナノザイムの開発に使用された。[161] 「環境工学のためのナノザイム」と題する本が出版された。[162]パラジウム単原子ナノザイムが、腫瘍治療用に開発された。[163]西洋ワサビペルオキシダーゼ様ナノザイムが、腫瘍治療用に開発された。 [164] GOx様ナノザイムのメカニズムが報告された。[165]ナノザイムに関するレビューが出版された。[166]ナノヌクレアーゼ様ナノザイムのメカニズム研究が報告された。[167]ナノザイムの定義に関する展望が発表された。[168]アプタナノザイムが開発された。[169]セリアナノザイムを搭載したマイクロニードルが毛髪の再生を助けた。[170]カタラーゼ様プラチナナノザイムが小さな細胞外小胞の分析に使用された。[171]ナノザイム：進歩と応用に関する本がCRC Pressから出版された。[172]ナノザイムの触媒ターンオーバーに関するレビューが発表された。[173]比率測定分子イメージング用のナノザイムが開発された。[174]癌治療用のFe 3 O 4 /Ag/Bi 2 MoO 6光活性化ナノザイムが開発された。[175] NADHオキシダーゼ模倣物としてのCo/Cが報告された。[176]虫歯の原因となるバイオフィルムを標的とするために酸化鉄ナノザイムが使用された。[177]高性能ナノザイムの新しい戦略が開発された。[178] SODのようなナノザイムを発見するための高スループット計算スクリーニング戦略が開発された。[179]「ナノザイム対応分析化学」と題するレビュー論文がAnalytical Chemistryに掲載された。[180]痛風に対するナノザイムベースの治療法が報告された。[181]ナノザイムを発見するためのデータに基づく戦略が報告された。[182] [183] プルシアンブルーナノザイムが神経変性を軽減するために使用された。[184]二重元素単原子ナノザイムが開発された。[185]抗酸化バノザイムを生物医学用途に設計するための原子価工学法が開発された。[186]低分子干渉RNAと組み合わせて、セリアナノザイムは神経変性疾患の相乗治療に使用された。[187]カタラーゼ様ナノザイムの汎用アッセイが報告された。[188]ナノザイム触媒CRISPRアッセイが開発された。[189]ナノザイムベースの腫瘍特異的光増強触媒療法が開発された。[190]脳外傷治療用の単原子ナノザイムが報告された。[191]単原子ナノザイムを製造するためのエッジエンジニアリング戦略が開発された。[192]治療のために腫瘍微小環境を調節するための単原子ナノザイムが開発された。[193]ペルオキシダーゼ様Fe3O4の新しいメカニズムが提案された。[194]植物ウイルス切断ナノザイムが報告された。[195]ナノザイムは、2022年のIUPAC化学におけるトップ10新興技術の1つに選ばれました。[196]「ナノザイム：設計、合成、およびアプリケーション」と題された本がACSから出版されました。[197]ナノザイムは、マイクロプラスチックの除去と分解に使用されました。[198]寒冷適応ナノザイムが報告されました。[199]抗酸化酵素を模倣した活性を持つMOF-818ナノザイムは、糖尿病性慢性創傷の治療に使用されました。[200] Cu単原子ナノザイムは、触媒腫瘍特異的療法用に開発されました。[201]ナノザイムの探索には機械学習が採用されました。[202]酵素のようなメソバクロポーラスカーボン球が開発されました。[203] DNAザイムとナノザイムの組み合わせが報告されました。[204]ペルオキシダーゼのような光励起Ru単原子ナノザイムが報告されました。[205]カンジダ膣炎治療用のプロバイオティクスナノザイムハイドロゲルが開発された。[206]ペルオキシダーゼ様ナノザイムの最大速度を決定する方法が提案された。 [207] アテローム性動脈硬化症治療用の抗老化ナノザイムが報告された。[208]「バイオメディカルナノザイム：診断から治療まで」と題された本がシュプリンガーから出版された。[209] 2023年ダルトン部門ホライズン賞が高性能ナノザイムデザイナーに授与された。[210]ナノザイムコスメティックコンタクトレンズが開発された。[211]生体フェリチンが天然ナノザイムとして機能することが報告された。[212]ナノザイムの逆スクリーニングのための統合計算および実験フレームワークが開発された。[213]二原子鉄ナノザイムが報告されました。[214]カーボンドットベースのSOD様ナノザイムのメカニズムが研究されました。[215]関節炎治療用のハイブリッドセリアナノザイムが開発されました。[216]パーキンソン病用のキラルナノザイムが報告されました。[217]次元設計された単一原子ナノザイムが報告されました。[218]糖尿病の感染した傷を治療するためのリポソームベースのナノザイムが開発されました。[219]アルコール解毒用の単一部位鉄ナノザイムが開発されました。[220]痛風性関節炎を治療するためのPtナノザイムが開発されました。[221]ナノヘルスケアと生体内アプリケーションに焦点を当てたナノザイムに関する2つのNatureレビューが公開されました。[222] [223] IBD治療のためのナノザイムとプロバイオティクスの組み合わせ。[224]腫瘍細胞特異的代謝療法のための人工メタザイムが報告された。[225]ウイルス性肺炎治療のための吸入可能なナノザイム。[226]
参照
参考文献
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