用于神经递质检测与生物成像的有机小分子荧光探针

摘要:神经递质作为介导神经元间信息传递、调控神经环路及维持脑功能稳态的关键信使分子, 其动态监测对解析神经生理/病理机制具有重要意义. 有机小分子荧光探针以其优异的结构稳定性、生物相容性、识别机制的可设计性, 以及发光特性的灵活可调性, 为神经递质的检测和成像提供了理想的方式. 此文从有机小分子荧光探针的分子设计策略、共价/非共价识别原理、信号转导机制, 以及生物成像性能等方面出发, 对神经递质荧光探针的最新研究进展进行综述. 在此基础上, 对当前探针的局限性进行了深入分析, 并对未来新型探针的设计方向进行了展望, 旨在为新一代高性能神经化学探针的研发提供理论框架与路线图, 以促进神经科学和临床诊断技术的发展.

镜像蛋白质药物的开发:化学合成、镜像噬菌体展示和计算设计

摘要;完全由D-氨基酸组成的镜像肽和蛋白质因其抗蛋白酶水解和低免疫原性,已成为有潜力的治疗候选物。镜像噬菌体展示是目前识别靶向疾病相关蛋白的镜像肽配体的主要实验方法。然而,镜像噬菌体展示的成功依赖于合成的镜像靶蛋白,而传统的重组表达方法受限于生物体系的内在手性,无法生产镜像蛋白。近年来,化学蛋白质合成方法取得显著进展,如酶可切割增溶标签、骨架安装的分裂内含肽辅助连接以及可移除糖基化修饰辅助折叠策略,这些方法有效解决了镜像蛋白质制备中的关键问题。此外,以人工智能驱动的蛋白质设计为代表的计算方法也逐渐成为有力的互补手段,加速了镜像蛋白药物候选物的发现与优化。尽管镜像蛋白药物尚未进入临床应用阶段,但化学合成和配体筛选方法的持续创新,正稳步推动其治疗潜力的临床转化。

碳基纳米酶在疾病治疗及预防中的应用

摘要:碳基纳米模拟酶(CNEs)作为新一代仿生类酶催化材料,凭借其过氧化物酶/氧化酶等多酶活性特征,在检测分析、环境修复及生物医学领域展现出重要应用价值。相较于天然酶,CNEs具备制备便捷、成本低廉、稳定性优异等优势,且催化活性还可通过结构调控实现精准适配,因而被视为极具潜力的酶替代材料。基于近五年的研究进展,本文梳理了CNEs的构效关系,阐明其活性位点分布与电子结构对催化性能的调控机制。探讨了杂原子掺杂、二次化学改性及环境影响因素等策略对CNEs酶活性的影响,归纳了酶活性增强/改性的有效路径。进一步结合酶活性特异性,综述了其在疾病靶向治疗与预防干预中的应用案例。文末对CNEs提出了新型结构设计与智能响应体系构建的未来研究展望,旨在拓展其在精准医疗和公共卫生领域的应用边界,为解决全球性健康问题提供创新思路与策略。

生物来源蛋白纳米递药系统研究进展:以白蛋白、丝素蛋白和玉米醇溶蛋白为例

摘要:传统给药剂型的药物生物利用度低,且难以实现缓释、定向给药,因此迫切需要开发新的剂型以满足临床需求。纳米递药系统具有可实现靶向给药的特点,引起了人们的广泛关注。其中蛋白质纳米递药系统可显著改善药物的水溶性和稳定性,降低药物的使用剂量以减轻副作用,生物相容性高并且在体内可降解,是一种具有潜在开发价值的生物有机材料。其中,白蛋白纳米粒、丝素蛋白纳米粒、玉米醇溶蛋白纳米粒3 种不同生物来源的蛋白纳米粒是极具代表性的蛋白质纳米递药系统。本综述介绍了上述3 种蛋白纳米粒的特点、制备方法和应用现状,并讨论了当前研究中存在的难题和可能的解决方案,为进一步开展基于蛋白质纳米粒的新药研发工作提供一定的参考。

天然多糖基自愈合水凝胶在糖尿病伤口治疗中的应用

摘要:构建天然多糖基自愈合水凝胶的原料有壳聚糖、透明质酸、海藻酸钠、纤维素等多糖大分子,通过化学交联或物理交联的方法,可形成自愈合水凝胶。根据功能的不同,天然多糖基自愈合水凝胶可分为抗菌型、抗炎型以及多功能型。糖尿病创面因血糖水平异常存在炎症反应不平衡、氧化应激失衡、血管生成不足、细菌感染风险高等问题,导致愈合困难。天然多糖基自愈合水凝胶的多功能性可根据糖尿病伤口的修复阶段和感染程度不同来选择相应的治疗方式。本文系统总结了天然多糖基自愈合水凝胶在糖尿病伤口治疗中的应用进展,为水凝胶敷料的设计提供理论支持,并为糖尿病创面治疗带来新的启发。

“精准化学”在药物发现中的应用

摘要:为了提高药物研发的效率, 对药物分子进行分子层面的精准设计与控制以实现药物发现的高效性、高选择性、可预测性的“精准化学”势在必行. “精准化学”方法与手段与已有的“绿色化学”的原子经济性、废物最小化等目标高度契合, 但其核心在精准性与效率. 在此, 通过展示“精准化学”在抗癌药物、靶向蛋白降解药物、抗感染药物、心血管/代谢药物、抗炎药物等药物发现的相关示例, 进一步对“精准化学”的理念进行深度剖析, 从而使“精准化学”更好地服务于药物研发过程.

基于复杂天然产物的半合成抗生素工艺化学研究进展

摘要:发现新的抗生素药物是应对细菌和真菌耐药性问题的关键手段, 而基于现有抗生素开发新型抗生素已被证明是一条有效途径. 目前, 临床上或临床试验阶段的抗生素大多是半合成药物, 即通过对天然抗生素进行修饰来解决毒性或耐药性等问题. 天然抗生素产物的复杂性和稳定性使得半合成抗生素的药物化学开发面临较高难度, 而其后续的合成工艺则更具挑战. 这类工艺化学不仅需要解决化学、区域和立体选择性的转化难题, 还需克服分离纯化等技术障碍.在抗生素发展的百年历程中, 化学家们已经发展了许多经典的抗生素化学合成工艺, 如四环素化学和大环内酯化学等.重点介绍了这些经典的抗生素半合成工艺, 从化学合成挑战、原研工艺与改进工艺以及可能的工艺优化等方面进行详细阐述.

DNA存储的关键技术:编码、纠错、随机访问与安全性

摘要:DNA信息存储是一种利用DNA分子作为数据载体的新型存储技术,通过合成特定序列的DNA来编码信息,并通过测序技术实现数据的读出。相比于传统的磁性、光学和电子存储介质,DNA存储在存储密度、数据保存时间和能源效率等方面具有显著优势,且不易受电磁干扰的影响。随着全球数据总量的猛增,DNA存储以其高效的存储能力、潜在的低维护成本和易于合成的化学特性,逐渐成为研究热点。本文首先介绍了DNA存储的基本流程,然后综述了DNA信息存储涉及的关键技术,尤其是编码策略、纠错技术、随机访问及DNA信息加密的研究进展。探讨了当前DNA存储技术的发展现状和主要挑战,如高成本、写入和读取速度慢等问题,并提出了可能的技术改进方向。并展望了DNA存储未来的发展前景,强调其在大数据时代的潜在应用和革命性影响,指出了实现商业化应用所需解决的关键技术瓶颈。

蛋白质工程在医药产业中的应用

摘要:蛋白质工程,通过定向进化、半理性或理性设计、计算机辅助设计等手段,实现对蛋白质特定功能的设计和改造,获得的工程化蛋白质在食品、医药、能源、材料等行业具有重要的应用价值。在医药化工领域,工程化酶可作为化学原料药及其中间体合成的高效生物催化剂,实现医药工业绿色制造。在生物制药领域,多肽或蛋白修饰酶的改造可显著提升候选药物的制备效率,诊断酶的改造则可以大幅增强检测的准确性和灵敏度。此外,蛋白质工程在提升治疗性酶和治疗性抗体等生物制剂的生物活性、增强药物稳定性、降低免疫原性等方面也发挥重要作用,从而提高药物的可开发性、安全性和有效性。因此,本文简要回顾了蛋白质工程的发展历程,具体阐述了其在化学原料药合成和生物制药两大产业中的一系列应用实例,旨在剖析蛋白质工程在科技成果转化及医药产业应用中存在的问题与挑战,并展望医药产业中蛋白质工程的未来发展方向,以期为促进产学研一体化发展提供借鉴。

医用钛合金激光表面改性抗菌涂层的研究进展

摘要: 激光作为一种高效、清洁热源,在材料表面改性中占有重要地位。激光表面处理可以调控材料表面组织结构和合金成分,改善材料的耐磨、耐腐蚀和抗菌等性能。钛及钛合金具有优异的力学性能、生物相容性和耐腐蚀性能,是人体硬组织的主要替代产品之一,在生物医用材料领域得到广泛应用。但钛及钛合金不具有抗菌性能,在植入过程中易发生细菌感染而造成植入手术失败,是目前钛合金骨科植入手术中亟待解决的问题。该文针对钛合金抗菌性差的问题,采用激光表面处理工艺,综述了激光表面合金化、激光表面织构和激光熔覆等激光表面改性技术改善钛合金抗菌性能的研究现状,阐明其抗菌机理,并对发展趋势进行展望,为激光技术提高钛合金抗菌性能的深入研究及应用提供理论基础及技术支撑。