Advanced Materials:多肽与纳米金的有机结合—小材料,大用处

金纳米颗粒(AuNPs)由于其出色的光学性能和稳定性已在生物传感相关领域中被广泛地使用了数十年(例如家庭用妊娠检测卡)。自从核酸功能化的金纳米颗粒首次被报道用于生物检测以来,其他生物分子修饰的金纳米颗粒成功实现了针对金属离子,有机分子,寡核苷酸和蛋白质等目标物的一系列检测与分析方法。多肽分子(peptide)是由氨基酸结合而成的,是构成蛋白质的片段。在固相多肽合成技术得到普及之后,有关人工合成多肽分子的研究与应用有了飞速的发展。由于其氨基酸序列的可设计性,使得合成多肽具有巨大的化学多样性,结合其在生物体内的重要功能,近些年来合成多肽作为一种可编辑的材料被广泛地应用到生物技术、医药研发、纳米材料等交叉领域。比如多肽分子可以作为一种生物分子识别的受体,对特定目标分子进行特异性的结合,并且达到跟抗体相似的结合能力。由于多肽分子具有更好的热稳定性,非常有潜力成为抗体蛋白的替代品。金纳米颗粒与多肽分子作为重要的基础纳米材料与生物材料,皆具有较高的鲁棒性与较低的成本。基于两者构成的混合纳米材料的生物检测技术也因此引起了越来越多的兴趣,特别是在分子靶向,细胞成像,药物递送和治疗等领域(图1)。

图1,基于多肽-金纳米颗粒混合材料在过去25年发展中的突出工作以及近年来的新型应用。

图2,本篇综述的核心内容框架。

近日,温州医科大学眼视光学院、生物医学与工程学院的王毅教授与合作者奥地利国家技术研究院Wolfgang Knoll教授、新加坡南洋理工大学Bo Liedberg教授,以“Rational Design of Functional Peptide-Gold Hybrid Nanomaterials for Molecular Interactions”为题,在Advanced Materials期刊上发表综述(DOI:10.1002/adma.202000866),总结了功能化的多肽-金纳米材料相关领域的最新研究进展。该综述总结了多肽与金纳米颗粒各自的特点,通过对多肽分子的合理设计、筛选及功能化修饰,使其与金纳米颗粒构成可调控的稳定系统,从而满足对不同分子间作用的需求。文章继而从多肽功能性的角度出发(多肽作为底物、结合分子等)详细梳理了多肽-金混合纳米材料在生物传感,细胞成像和靶向治疗等领域的突出工作。例如:利用多肽分子作为底物结合金纳米颗粒通过比色法、荧光共振能量转移、电化学、等离子共振等检测手段,对各类生物标记物的酶蛋白(包括蛋白酶、磷酸酶、脱乙酰酶、脱甲基酶、激酶等)活性和功能进行分析检测以及相应小分子抑制物的筛选。另外,利用多肽分子作为具有识别能力的结合分子,通过金纳米颗粒的检测标记手段,对不同目标分子或超分子(包括:金属离子和小分子、蛋白、外泌体等胞外囊泡、细菌和病毒等)进行分析、标记及细胞成像和靶向治疗等。针对生物检测技术和细胞靶向,文章以表格的形式详尽总结了多肽序列、金-多肽的修饰方法、目标物检测方法及其灵敏度和特点等。此外,文章还对利用多肽-金的混合纳米材料在抗菌抗污领域的工作做了总结,对特定序列的多肽分子进行了汇总。最后,文章提出了此类材料在未来生物医学发展中特别是新型生物传感技术中所面临的挑战,并对新机遇做出了展望(图2)。该综述对于利用多肽分子进行分子检测、肿瘤靶向、成像和治疗,以及在抗菌、抗病毒和抗非特异吸附等方面进行相关研究的科研人员和学生具有一定的指导意义。