Enzima artificial

Véase también metaloenzima artificial .

Dibujo esquemático de la fosforilasa artificial

Una enzima artificial es una molécula o ion orgánico sintético que recrea una o más funciones de una enzima . Su objetivo es proporcionar catálisis a tasas y con la selectividad que se observan en las enzimas naturales .

Historia

La catálisis enzimática de las reacciones químicas se produce con una alta selectividad y velocidad. El sustrato se activa en una pequeña parte de la macromolécula de la enzima llamada sitio activo . Allí, la unión de un sustrato cerca de los grupos funcionales en la enzima provoca la catálisis por los llamados efectos de proximidad. Es posible crear catalizadores similares a partir de moléculas pequeñas combinando la unión del sustrato con grupos funcionales catalíticos. Clásicamente, las enzimas artificiales se unen a los sustratos utilizando receptores como ciclodextrina , éteres corona y calixareno . [1] [2]

Las enzimas artificiales basadas en aminoácidos o péptidos han ampliado el campo de las enzimas artificiales o imitadoras de enzimas . Por ejemplo, los residuos de histidina con armazón imitan ciertas metaloproteínas y enzimas como la hemocianina , la tirosinasa y la catecoloxidasa . [3]

Se han diseñado enzimas artificiales desde cero mediante una estrategia computacional utilizando Rosetta . [4] Una publicación de diciembre de 2014 informó sobre enzimas activas creadas a partir de moléculas que no existen en la naturaleza. [5] En 2016, se publicó un capítulo de libro titulado "Artificial Enzymes: The Next Wave" (Enzimas artificiales: la próxima ola). [6]

Nanozimas

Las nanoenzimas son nanomateriales con características similares a las enzimas. [7] [8] Se han explorado para aplicaciones como biodetección, bioimágenes, diagnóstico y terapia de tumores y antiincrustaciones biológicas . [9] [6] [10] [11] [12]

Década de 1990

En 1996 y 1997, Dugan et al. descubrieron actividades de los derivados del fulereno que imitaban la superóxido dismutasa (SOD) . [13] [14]

Década de 2000

El término "nanozima" fue acuñado en 2004 por Flavio Manea, Florence Bodar Houillon, Lucia Pasquato y Paolo Scrimin. [15] Un artículo de revisión de 2005 [16] atribuyó este término a la "analogía con la actividad de los polímeros catalíticos (sinzimas)", basándose en la "sobresaliente eficiencia catalítica de algunas de las nanopartículas funcionales sintetizadas". En 2006, se informó que la nanoceria ( nanopartículas de CeO 2 ) previene la degeneración de la retina inducida por peróxidos intracelulares (intermediarios reactivos de oxígeno tóxicos) en ratas. [17] Esto se consideró como un indicador de una posible ruta hacia un tratamiento para ciertas causas de ceguera. [18] En 2007, Yan Xiyun y colaboradores informaron que la actividad intrínseca similar a la peroxidasa de las nanopartículas ferromagnéticas sugería una amplia gama de aplicaciones en, por ejemplo, la medicina y la química ambiental, y los autores diseñaron un inmunoensayo basado en esta propiedad. [19] [20] Hui Wei y Erkang Wang (2008) utilizaron esta propiedad de las nanopartículas magnéticas de fácil preparación para demostrar aplicaciones analíticas para moléculas bioactivas, describiendo un ensayo colorimétrico para peróxido de hidrógeno ( H
2Oh
2) y una plataforma sensible y selectiva para la detección de glucosa . [21]

Década de 2010

A partir de 2016 [actualizar], han aparecido muchos artículos de revisión. [22] [23] [24 ] [25 ] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] En 2015 apareció un tratamiento de la extensión de un libro, descrito como un "retrato amplio de las nanozimas en el contexto de la investigación de enzimas artificiales", [35] y un libro chino de 2016 sobre ingeniería enzimática incluyó un capítulo sobre las nanozimas. [36]

En 2010 y 2011 se informaron aplicaciones colorimétricas de la mimesis de peroxidasa en diferentes preparaciones, que permitieron detectar, respectivamente, glucosa (a través de óxido de grafeno modificado con carboxilo ) [37] y polimorfismos de un solo nucleótido (en un método sin etiquetas basado en nanoláminas híbridas de hemina y grafeno), [38] con ventajas tanto en cuanto a costo como a conveniencia. En 2012 se informó sobre el uso del color para visualizar tejidos tumorales, utilizando la mimesis de peroxidasa de nanopartículas magnéticas recubiertas con una proteína que reconoce células cancerosas y se une a ellas. [39]

También en 2012, se demostró que los nanocables de pentóxido de vanadio (vanadia, V 2 O 5 ) suprimían la bioincrustación marina mediante la imitación de la haloperoxidasa de vanadio, con beneficios ecológicos previstos. [40] Un estudio en un centro diferente dos años después informó que el V 2 O 5 mostraba una imitación de la glutatión peroxidasa in vitro en células de mamíferos, lo que sugiere una futura aplicación terapéutica. [41] El mismo año, se informó que un fulereno carboxilado denominado C3 era neuroprotector en un modelo de primates de la enfermedad de Parkinson . [42]

En 2015, se propuso un nanodispositivo supramolecular para la regulación bioortogonal de una nanozima de metal de transición, basado en encapsular la nanozima en una monocapa de nanopartículas de oro hidrofílicas, aislándola alternativamente del citoplasma o permitiendo el acceso de acuerdo con una molécula receptora controladora controlada por especies huésped competidoras ; el dispositivo, destinado a aplicaciones terapéuticas y de imagenología, es de tamaño biomimético y tuvo éxito dentro de la célula viva, controlando la activación del profluoróforo y del profármaco . [43] [44] Un medio fácil de producir Cu(OH)
2Se informó sobre superjaulas, junto con una demostración de su mimetismo intrínseco de peroxidasa. [45] Se describió una disposición "INAzyme" ("nanozyme integrada") con andamiaje, que ubica la hemina (un imitador de peroxidasa) con glucosa oxidasa (GOx) en proximidad submicrónica, lo que proporciona una cascada enzimática rápida y eficiente que se informa que monitorea dinámicamente la glucosa en las células cerebrales in vivo . [46] Se describió un método de ionización de nanopartículas coloidales estabilizadas con hidrófobos, con confirmación de su mimetismo enzimático en dispersión acuosa. [47] Los metalopéptidos diseñados de novo con propiedades de autoensamblaje llevan a cabo la reacción de oxidación del dimetoxifenol. [48]

Se anunciaron ensayos de campo en África Occidental de una prueba rápida de bajo costo con tiras amplificadas con nanopartículas magnéticas para detectar el virus del Ébola . [49] [50] H
2Oh
2Se informó que desplaza el ADN de la etiqueta, adsorbido en nanoceria, hacia la solución, donde emite fluorescencia, lo que proporciona una prueba de glucosa altamente sensible. [51] Se utilizó nanoceria similar a la oxidasa para desarrollar bioensayos autorregulados. [52] Se desarrolló azul de Prusia que imita a múltiples enzimas para terapias. [53] Se publicó una revisión sobre enzimas imitadoras basadas en marcos orgánicos metálicos (MOF). [54] Se utilizó histidina para modular las actividades imitadoras de peroxidasa de las nanopartículas de óxido de hierro. [55] Las actividades imitadoras de peroxidasa de las nanopartículas de oro se modularon mediante una estrategia supramolecular para reacciones en cascada. [56] Se desarrolló una estrategia de impronta molecular para mejorar la selectividad de las nanoenzimas de Fe3O4 con actividad similar a la peroxidasa. [57] Se desarrolló una nueva estrategia para mejorar la actividad imitadora de peroxidasa de las nanopartículas de oro mediante el uso de electrones calientes. [58] Los investigadores diseñaron nanozimas integrativas basadas en nanopartículas de oro con dispersión Raman mejorada en la superficie y actividades que imitan la peroxidasa para medir la glucosa y el lactato en tejidos vivos. [59] La actividad que imita la citocromo c oxidasa de las nanopartículas de Cu2O se moduló al recibir electrones del citocromo c . [60] Las nanopartículas de Fe3O4 se combinaron con glucosa oxidasa para la terapéutica tumoral. [61] Las nanozimas de dióxido de manganeso se usaron como capas citoprotectoras. [62] Se informó una nanozima de Mn3O4 para la enfermedad de Parkinson (modelo celular). [63] La eliminación de heparina en ratas vivas se controló con imitadores de peroxidasa basados ​​en MOF bidimensionales y péptido AG73. [64] Las nanozimas de glucosa oxidasa y óxido de hierro se encapsularon dentro de hidrogeles multicompartimentales para reacciones en tándem incompatibles. [65] Se desarrolló un biosensor de nanozimas en cascada para la detección de Enterobacter sakazakii viable . [66] Se desarrolló una nanozima integrada de GOx@ZIF-8(NiPd) para catálisis en tándem. [67] Se desarrollaron nanozimas con carga conmutable. [68] Se desarrolló una nanozima de empalme de ARN selectivo de sitio. [69] Se publicó un número especial sobre nanozimas en Progress in Biochemistry and Biophysics . [70] Mn 3 O 4Se desarrollaron nanozimas con la capacidad de eliminar especies reactivas de oxígeno y mostraron actividad antiinflamatoria in vivo. [71] Se presentó una propuesta titulada "Un paso hacia el futuro: aplicaciones de imitadores de enzimas de nanopartículas". [72] Se informaron actividades de oxidasa dependiente de facetas y similares a peroxidasa de nanopartículas de paladio. [73] Se desarrollaron nanoestructuras multirramificadas de Au@Pt como nanozimas bifuncionales. [74] Se desarrollaron nanozimas de carbono recubiertas de ferritina para terapia catalítica tumoral. [75] Se desarrollaron nanozimas de CuO para matar bacterias de manera controlada por la luz. [76] Se estudió la actividad enzimática de CNT oxigenados. [77] Se utilizaron nanozimas para catalizar la oxidación de L -tirosina y L -fenilalanina a dopacromo. [78] Las nanozimas se presentaron como una alternativa emergente a la enzima natural para biodetección e inmunoensayos. [79] Se propuso un ensayo estandarizado para nanozimas similares a la peroxidasa. [80] Se utilizaron puntos cuánticos semiconductores como nucleasas para la escisión fotoinducida selectiva del sitio del ADN. [81] Se construyeron matrices de sensores basados ​​en nanozimas MOF bidimensionales para detectar fosfatos y sondear su hidrólisis enzimática. [82] Se informó sobre nanomateriales de carbono dopados con nitrógeno como imitadores específicos de la peroxidasa. [83] Se desarrollaron matrices de sensores de nanozimas para detectar analitos desde moléculas pequeñas hasta proteínas y células. [84] Se informó sobre una nanozima de óxido de cobre para la enfermedad de Parkinson. [85] Se desarrollaron vesículas de nanozimas similares a exosomas para la obtención de imágenes de tumores. [86] Chemical Society Reviews publicó una revisión completa sobre nanozimas . [8] Se publicó un informe de progreso sobre nanozimas. [87] Se desarrolló la ocupación g como un descriptor eficaz para la actividad catalítica de imitadores de peroxidasa basados ​​en óxido de perovskita. [ 88] Se publicó un artículo de Chemical Reviews sobre nanozimas. [89] Se utilizó una estrategia de un solo átomo para desarrollar nanozimas. [90] [91] [92] [93] Se informó sobre una nanozima para la fotocatálisis en cascada bioinspirada sin metales. [94] Chemical Society Reviews publicó una revisión tutorial sobre nanozimas. [95] Se informaron reacciones en cascada de nanozimas para fijar CO2 . [ 96]Se utilizaron nanoclusters de oro similares a la peroxidasa para controlar el aclaramiento renal. [97] Se desarrolló una nanozima híbrida de cobre y carbono para la terapia antibacteriana. [98] Se desarrolló una nanozima de ferritina para tratar la malaria cerebral. [99] Accounts of Chemical Research revisó las nanozimas. [100] Se desarrolló una nueva estrategia llamada efecto de tensión para modular la actividad de las nanozimas metálicas. [101] Se utilizaron nanozimas azules de Prusia para detectar sulfuro de hidrógeno en los cerebros de ratas vivas. [102] Se informó sobre CeO2 similar a la fotoliasa. [ 103 ] Se publicó un editorial sobre nanozimas titulado "¿Pueden las nanozimas tener un impacto en la detección?". [104]

Década de 2020

Se desarrolló una nanozima de un solo átomo para el tratamiento de la sepsis. [105] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo autoensamblada para la terapia fotodinámica de tumores. [106] Se informó sobre una nanozima conmutable por ultrasonido contra la infección bacteriana resistente a múltiples fármacos. [107] Se informó sobre un disruptor de la homeostasis del H2O2 basado en nanozimas para la terapia quimiodinámica de tumores. [108] Se desarrolló una nanozima de óxido de iridio para la reacción en cascada para la terapia de tumores. [ 109] Se publicó un libro titulado Nanozymology . [110] Se diseñó una nanoesponja eliminadora de radicales libres para el accidente cerebrovascular isquémico. [111] Se publicó una minirevisión sobre nanozimas basadas en conjugados de oro. [112] Se desarrollaron nanohojas de SnSe como imitadores de la deshidrogenasa. [113] Se informó sobre un imitador de la topoisomerasa I basado en puntos de carbono para escindir el ADN. [114] Se desarrollaron matrices de sensores de nanozimas para detectar pesticidas. [115] Se utilizaron nanozimas bioortogonales para tratar biopelículas bacterianas . [116] Se desarrolló una nanozima de rodio para tratar enfermedades del colon. [117] Se desarrolló una nanozima Fe-NC para estudiar interacciones fármaco-fármaco. [118] Se desarrolló una nanozima polimérica para una segunda ferroterapia fototérmica de infrarrojo cercano para el cáncer. [119] Se informó de una nanozima Cu5.4O para la terapia antiinflamatoria. [120] Se desarrolló una nanozima CeO2 @ZIF-8 para tratar la lesión inducida por reperfusión en el accidente cerebrovascular isquémico. [121] Se exploró la actividad similar a la peroxidasa de Fe3O4 para estudiar la cinética electrocatalítica a nivel de molécula única/partícula única. [122] Se fabricó una nanozima Cu-TA para eliminar las especies reactivas de oxígeno del humo del cigarrillo. [123] Se informó que un nanocúmulo de cobre similar a una metaloenzima tiene actividades anticancerígenas y de formación de imágenes simultáneamente. [124] Se desarrolló una nanozima integrada para la terapia antiinflamatoria. [125] Se informó una actividad catalítica similar a una enzima mejorada en condiciones de no equilibrio para nanozimas de oro. [126] Se propuso un método de teoría funcional de la densidad para predecir las actividades de nanozimas similares a la peroxidasa. [127] Se desarrolló una nanozima hidrolítica para construir un inmunosensor. [128] Se desarrolló una nanozima administrada por vía oral para la terapia de la enfermedad inflamatoria intestinal . [129]Se informó sobre una estrategia de ingeniería de actividad dependiente de ligando para desarrollar una nanozima de estructura metalorgánica MIL-47(V) que imita la glutatión peroxidasa para terapia. [130] Se desarrolló una nanozima de sitio único para terapia tumoral. [131] Se desarrolló una nanozima similar a SOD para regular la función de las mitocondrias y las células neuronales. [132] Se desarrolló una jaula de coordinación Pd12 como una nanozima similar a la oxidasa fotorregulada. [133] Se desarrolló una nanozima similar a la oxidasa NADPH . [134] Se desarrolló una nanozima similar a la catalasa para terapia tumoral. [135] Se desarrolló una nanozima de disulfuro de molibdeno/óxido de grafeno reducido adhesiva rica en defectos para actividad antibacteriana. [136] Se desarrolló una nanozima MOF@COF para actividad antibacteriana. [137] Se informaron nanozimas plasmónicas. [138] Se desarrolló una nanozima sensible al microambiente tumoral para la terapia tumoral. [139] Se desarrolló un método inspirado en la ingeniería de proteínas para diseñar nanozimas altamente activas. [140] Se publicó un editorial sobre la definición de nanozimas. [141] Se desarrolló una terapia con nanozimas para la hiperuricemia y el accidente cerebrovascular isquémico. [142] Chemistry World publicó una perspectiva sobre enzimas artificiales y nanozimas. [143] Se publicó una revisión sobre catalizadores de un solo átomo, incluidas nanozimas de un solo átomo. [144] Se utilizaron nanoestructuras con textura superficial basadas en óxido de FeCo mixto similar a la peroxidasa (MTex) para la erradicación de biopelículas. [145] Se desarrolló una nanozima con mejor cinética que la peroxidasa natural. [146] Se desarrolló una nanozima autoprotectora para la enfermedad de Alzheimer. [147] Se desarrollaron nanozimas de CuSe para tratar la enfermedad de Parkinson. [148] Se desarrolló una nanozima basada en nanoclusters. [149] Se utilizaron nanopartículas de oro similares a la glucosa oxidasa combinadas con ciclodextrano para catálisis quiral. [150] Se desarrolló una monooxigenasa de cobre binuclear artificial en un MOF. [151] Se publicó una revisión sobre el diseño altamente eficiente de nanozimas. [152] Se desarrollaron imitadores de peroxidasa de Ni-Pt para bioanálisis. [153] Se informó que una nanozima basada en POM protege a las células de las especies reactivas de oxígeno. [154] Se utilizó una estrategia de compuerta para preparar nanozimas selectivas. [155] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo de manganeso para terapia tumoral. [156]Se desarrolló una nanozima grafítica similar a la oxidasa sensible al pH para la eliminación selectiva de Helicobacter pylori . [157] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo centrada en FeN 3 P diseñada. [158] Se modularon las actividades similares a la peroxidasa y la catalasa de las nanozimas de oro. [159] Se desarrollaron nanozimas de óxido de cerio-grafdiino para la radioterapia del cáncer de esófago. [160] Se utilizó la ingeniería de defectos para desarrollar nanozimas para la terapia tumoral. [161] Se publicó un libro titulado Nanozymes for Environmental Engineering . [162] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo de paladio para la terapia tumoral. [163] Se desarrolló una nanozima similar a la peroxidasa de rábano picante para la terapia tumoral. [164] Se informó el mecanismo de una nanozima similar a GOx. [165] Se publicó una revisión sobre nanozimas. [166] Se informó sobre un estudio del mecanismo de una nanoenzima similar a una nanonucleasa. [167] Se publicó una perspectiva sobre la definición de nanoenzima. [168] Se desarrollaron aptananozimas. [169] Las microagujas cargadas con nanoenzima de ceria ayudaron al recrecimiento del cabello. [170] Se utilizó una nanoenzima de platino similar a una catalasa para el análisis de pequeñas vesículas extracelulares. [171] CRC Press publicó un libro sobre Nanozimas: avances y aplicaciones . [172] Se publicó una revisión sobre el recambio catalítico de las nanoenzimas. [173] Se desarrolló una nanoenzima para la obtención de imágenes moleculares raciométricas. [174] Se desarrolló una nanoenzima fotoactivable Fe3O4 /Ag/Bi2MoO6 para la terapia del cáncer. [175] Se informó sobre Co / C como imitador de la NADH oxidasa. [176] Se utilizó una nanoenzima de óxido de hierro para atacar las biopelículas que causan caries. [177] Se desarrolló una nueva estrategia para nanozimas de alto rendimiento. [178] Se desarrolló una estrategia de detección computacional de alto rendimiento para descubrir nanozimas similares a SOD. [179] Se publicó un artículo de revisión titulado "Nanozyme-Enabled Analytical Chemistry" en Analytical Chemistry . [180] Se informó sobre una terapia basada en nanozimas para la gota. [181] Se informó sobre una estrategia basada en datos para el descubrimiento de nanozimas. [182] [183] ​​Se utilizó nanozima azul de Prusia para aliviar la neurodegeneración. [184] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo de elemento dual.[185] Se desarrolló un método de ingeniería de valencia para diseñar banozima antioxidante para aplicaciones biomédicas. [186] Combinada con ARN interferente pequeño, la nanozima de ceria se utilizó para el tratamiento sinérgico de enfermedades neurodegenerativas. [187] Se informó de un ensayo universal para nanozimas similares a la catalasa. [188] Se desarrolló un ensayo CRISPR catalizado por nanozimas. [189] Se desarrolló una terapia catalítica fotomejorada específica para tumores basada en nanozimas. [190] Se informó de nanozimas de un solo átomo para la terapia del traumatismo cerebral. [191] Se desarrolló una estrategia de ingeniería de vanguardia para fabricar nanozimas de un solo átomo. [192] Se desarrolló una nanozima de un solo átomo para modular el microambiente tumoral para la terapia. [193] Se propuso un nuevo mecanismo para Fe3O4 similar a la peroxidasa. [194] Se informó de una nanozima que escinde un virus vegetal. [195] Las nanozimas se seleccionaron como una de las diez principales tecnologías emergentes de la IUPAC en química en 2022. [196] ACS publicó un libro titulado "Nanozimas: diseño, síntesis y aplicaciones". [197] Se utilizaron nanozimas para eliminar y degradar microplásticos . [198] Se informó sobre una nanozima adaptada al frío. [199] Se utilizó una nanozima MOF-818 con actividades que imitan la antioxidantesa para tratar heridas crónicas diabéticas. [200] Se desarrollaron nanozimas de un solo átomo de Cu para la terapia catalítica específica de tumores. [201] Se empleó el aprendizaje automático para buscar nanozimas. [202] Se desarrolló una esfera de carbono mesobacroporosa similar a una enzima. [203] Se informó sobre una combinación de DNAzima y nanozima. [204] Se informó sobre una nanozima de un solo átomo de Ru fotoexcitada similar a la peroxidasa. [205] Se desarrolló un hidrogel de nanozimas probióticas para la terapia de la vaginitis por Candida. [206] Se propuso un método para determinar la velocidad máxima de una nanozima similar a la peroxidasa. [207] Se informó sobre nanozimas antisenescente para la terapia de la aterosclerosis. [208] Springer publicó un libro titulado 'Biomedical Nanozymes: From Diagnostics to Therapeutics' (Nanozimas biomédicas: del diagnóstico a la terapéutica). [209] El premio Dalton Division Horizon 2023 se otorgó al diseñador de nanozimas de alto rendimiento. [210] Se desarrollaron lentes de contacto cosméticos con nanozimas. [211] Se informó que las ferritinas biogénicas actúan como nanozimas naturales. [212] Se desarrolló un marco computacional y experimental integrado para la detección inversa de nanozimas. [213]Se informó sobre una nanozima de hierro diatómica. [214] Se estudió el mecanismo de la nanozima similar a SOD basada en puntos de carbono. [215] Se desarrolló una nanozima de ceria híbrida para la terapia de la artritis. [216] Se informó sobre una nanozima quiral para la enfermedad de Parkinson. [217] Se informó sobre una nanozima de un solo átomo diseñada por dimensionalidad. [218] Se desarrolló una nanozima basada en liposomas para tratar heridas diabéticas infectadas. [219] Se desarrolló una nanozima de hierro de un solo sitio para la desintoxicación del alcohol. [220] Se desarrolló una nanozima de Pt para tratar la artritis gotosa. [221] Se publicaron dos revisiones de la naturaleza sobre nanozimas, centradas en la nanoasistencia sanitaria y las aplicaciones in vivo. [222] [223] Combinación de nanozima y probióticos para la terapia de la EII. [224] Se informó sobre una metabzima artificial para la terapia metabólica específica de las células tumorales. [225]

Véase también

Referencias

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