《Current Opinion in Electrochemistry》：Recent developments in applications of enzyme-powered nanomotors
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摘要当与适当的底物一起溶解时，带有酶分子的胶体颗粒会以非对称方式自我推进，同时产生离子物种和电场梯度。这些微小的、可运动的生物电化学装置具有生物相容性（在一定程度内），因此它们在体外和体内越来越受到研究，被视为用于对抗疾病的有前景的生物医学装置。在这篇重点综述中，我们讨论了最近的
摘要
当与适当的底物一起溶解时，带有酶分子的胶体颗粒会以非对称方式自我推进，同时产生离子物种和电场梯度。这些微小的、可运动的生物电化学装置具有生物相容性（在一定程度内），因此它们在体外和体内越来越受到研究，被视为用于对抗疾病的有前景的生物医学装置。在这篇重点综述中，我们讨论了最近的发展，包括在动物模型上的临床前测试，以及利用酶驱动的纳米马达治疗某些疾病（例如不同类型的癌症、炎症性关节炎、帕金森病）的方法。
引言
大约二十年前，两项开创性的研究报道了尺寸在微米级的双金属棒（分别为Au-Pt [1] 和 Au-Ni [2]）由于表面的催化作用，能够以足够非对称的方式促进周围溶液中过氧化氢的分解，从而表现出自我运动能力。随后对多种金属组合制成的双金属棒（例如Ni-Au、Pd-Au、Pt-Rh、Pt-Au等）的研究证实了其自我运动的电化学本质，这种运动是通过空间分离的氧化还原反应实现的[3]。这些开创性的研究引发了“催化纳米马达”（也称为“胶体马达”）领域的发展，随后还开发了许多其他类型的可运动颗粒（例如Pt涂层的二氧化硅球[4]、与赤铁矿立方体融合的聚合物球[5]、Ti/Fe/Pt卷制成的微管[6]等），它们的工作原理基于各种催化反应和“燃料”（参见参考文献[7]、[8]中的最新综述）。
章节片段
生物电化学催化纳米马达
在催化纳米马达被发现后不久，人们就注意到将其应用于医学或生物学领域——这些领域中它们可能产生重大影响[9]——会遇到关于过氧化氢浓度的重要限制：据报道，低至0.1 mM的浓度对活细胞就有毒性（参见参考文献[10]）。为了开发基于生物相容性燃料的替代纳米马达，一个自然的选择是使用酶作为催化剂。
用于抗癌的酶驱动纳米马达
鉴于长期以来在寻找诊断、治疗甚至治愈癌症方法方面的持续努力，毫不奇怪，催化纳米马达在这一领域的各种应用已经得到了探索。从体外的选择性胰腺癌细胞捕获和递送开始，这一领域已经发展到体内阶段，即利用酶驱动的纳米马达治疗肿瘤的动物研究（参见参考文献[16]）。
从概念上讲，这些应用利用了纳米马达的特性……
用于健康膀胱的酶驱动纳米马达
最活跃的研究领域之一是利用尿素酶驱动的马达来对抗膀胱肿瘤。这是因为尿素是尿液中最丰富的溶剂（浓度为100 – 400 mM [28]），而尿素酶催化的尿素分解（生成氨和二氧化碳）能够提供显著的自我运动能力。多项研究显示了令人鼓舞的结果：i.) 尿素酶驱动的马达可以在膀胱排空之前穿透其黏膜[22]（另见图2b）……
用于治疗其他疾病的酶驱动纳米马达
痛风是一种复杂的炎症性关节炎，其特征是关节和周围组织中积累针状尿酸盐结晶，研究人员使用尿酸酶驱动的纳米马达在动物模型中进行了研究[14]（尿酸酶可以催化尿酸的氧化）。注射这些纳米马达有效减少了痛风关节炎大鼠模型的关节肿胀和炎症。
类风湿性关节炎是一种自身免疫性疾病，其中免疫系统攻击关节内壁，也使用了酶驱动的纳米马达进行干预
结论
尽管在将酶驱动的纳米马达用于医学/生物学应用方面取得了令人印象深刻的进展，但仍有一些重要的挑战需要克服。
实现大规模生产仍然是该领域面临的重大技术挑战。一些研究选择通过在整个纳米马达表面均匀涂抹酶来改性（参见参考文献[17]??、[18]?、[27]），但这会降低它们自我推进和穿透软组织的能力。
虽然这些纳米马达对离子强度的敏感性较低……
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
利益声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
M.N.P. 感谢罗马尼亚研究、创新和数字化部在国家恢复和韧性计划下的财政支持，授予编号为PNRR-III-C9-2023 – I8的资助（合同编号CF129，2023年签订）。
Mihail N. Popescu|Szilveszter Gáspár
国际生物动力学中心，1B Intrarea Portocalelor, 060101 – 布加勒斯特，罗马尼亚
