PNAS：纳米人工抗体

纳米材料被公认为可以给生物医学等众多领域带来革命性的变化。经过几十年的努力，目前科学家已经可以很好地控制纳米粒子的大小和形貌特征等。但与同为纳米尺度范围的天然蛋白质相比，纳米粒子的结构和功能仍然太过简单，使用人造纳米粒子来模拟天然蛋白质一直是科学家们梦寐以求的目标。

天然蛋白质的神奇之处在于，新生的蛋白质多肽链在折叠成特定构象前没有功能，只有多肽链上的不同氨基酸占据三维空间中特定的位置，才能协同作用，产生丰富多样的生物功能。目前要赋予纳米粒子等人工材料类似蛋白质的高级生物功能还只能通过在其表面连接已有功能的多肽或蛋白质来实现；而通过构象控制使没有功能的不同基团处于正确位置而协同产生新功能似乎是一项不可能完成的任务。比如，若把一段柔性的多肽链连接到纳米粒子表面（图1），多肽链将在其无数可能的构象范围内不断变换，无法稳定在某一特定构象。

图1. 通常的纳米粒子表面功能化无法控制功能基团的构象。

上海大学纳米化学与生物学研究所的曹傲能教授（点击查看介绍）团队经过多年的摸索，发展了一种简单的办法，巧妙地完成了这项似乎不可能完成的任务。他们仅选取了天然蛋白质抗体中一小段柔性的多肽，将这段单独没有特定构象、不具有活性的多肽“嫁接”到金纳米粒子上。与常规方法不同的是，他们将多肽的两端都连接到纳米粒子表面，然后通过控制两端的距离来调整多肽构象（图2），从而赋予纳米粒子和天然抗体一样识别抗原的功能（图3）。由此，他们首次在纳米粒子表面通过精确控制柔性基团的构象实现了类蛋白质功能，研制出纳米人工抗体。

图2. 构象控制原理：将多肽两端都固定在纳米粒子表面，然后通过密度控制多肽跨度、跨度控制构象。

图3. 纳米人工抗体与抗原结合的示意图（左）；天然抗体与抗原结合的示意图（右）。

他们利用该方法设计了两种识别不同抗原的人工抗体，表现了其通用性，预示着更多的人工抗体可用该方法进行设计。这种人工抗体不仅与抗原具有更强的结合能力，而且克服了天然蛋白质抗体不稳定的缺点，经过100摄氏度煮沸后，仍然能够与抗原结合。因此，这种纳米人工抗体有可能在多个生物医学应用领域替代天然抗体。

该工作最近在Proc. Natl. Acad. Sci. USA 在线发表，上海大学2015级的硕士生闫桂华、2014级的硕士生汪坤、2013级的硕士生邵珠学和2017级的博士生罗磊为文章的共同第一作者，曹傲能教授和王海芳教授为文章的共同通讯作者。

该论文作者为：Gui-Hua Yan, Kun Wang, Zhuxue Shao, Lei Luo, Zheng-Mei Song, Jingqi Chen, Rong Jin, Xiaoyong Deng, Haifang Wang, Zhonglian Cao, Yuanfang Liu and Aoneng Cao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Artificial antibody created by conformational reconstruction of the complementary-determining region on gold nanoparticles

Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2018, DOI: 10.1073/pnas.1713526115

导师介绍

曹傲能

http://www.x-mol.com/university/faculty/12517

王海芳

http://www.x-mol.com/university/faculty/12510