Наночастицы имитируют природные ферменты для детекции ацетилхолина

Исследователи из KAIST легировали графен азотом и бором, чтобы селективно повысить пероксидазоподобную активность. Им удалось синтезировать нанозимы, имитирующие пероксидазу, с низкой стоимостью и превосходной каталитической активностью. Эти наноматериалы могут быть применены для ранней диагностики болезни Альцгеймера.

Ферменты — основные катализаторы в нашем организме, широко используемые в биоанализе. В частности, пероксидаза, которая окисляет бесцветные хромогенные субстраты до окрашенного продукта в присутствии перекиси водорода (H₂O₂), — самый распространённый фермент в колориметрических тестах.

Однако природные ферменты, состоящие из белков, нестабильны к температуре и pH, их сложно синтезировать, и они дороги. Нанозимы, в свою очередь, не состоят из белков, что позволяет преодолеть недостатки ферментов за счёт их стабильности и высокой продуктивности. Однако большинство нанозимов не обладают селективностью. Например, нанозимы, имитирующие пероксидазу, часто проявляют оксидазоподобную активность, окисляя субстраты даже в отсутствие H₂O₂, что мешает точному детектированию целевых веществ, таких как перекись водорода.

Команда профессора Джинву Ли смогла синтезировать нанозимы, имитирующие пероксидазу, с высокой каталитической активностью и селективностью к H₂O₂. Совместное легирование азотом и бором графена, который сам по себе имеет пренебрежимо низкую пероксидазную активность, селективно усилило именно пероксидазоподобную активность без оксидазной. Это позволило точно имитировать природную пероксидазу и создало мощного кандидата для её замены.

Экспериментальные результаты были подтверждены методами вычислительной химии. Графен, легированный азотом и бором, также был применён для колориметрического обнаружения ацетилхолина — важного нейромедиатора. Он успешно детектировал ацетилхолин даже лучше, чем природная пероксидаза.

Профессор Ли заявил: «Мы начали изучать нанозимы из-за их потенциала для замены существующих ферментов. Благодаря этому исследованию мы получили ключевые технологии для синтеза нанозимов с высокой ферментативной активностью и селективностью. Мы считаем, что их можно применять для эффективного обнаружения ацетилхолина с целью быстрой диагностики болезни Альцгеймера».