［本站讯］近日，口腔医学院（口腔医院）马保金研究员在国际顶级学术期刊Nature Reviews Materials（中科院1区，IF=76.679）发表Perspective论文：Regulation of biological processes by intrinsically chiral engineered materials（本征手性工程材料调控生物过程）。该论文从材料设计、对映体之间的结构和功能差异以及固有手性对生物过程的影响，总结了本征手性工程材料的生物医学应用，并进一步探讨了本质手性工程材料的安全问题、挑战、机遇和未来发展方向。山东大学为第一单位，马保金研究员为本文第一作者，马保金研究员与法国国家科学研究中心Alberto Bianco教授为共同通讯作者。
图1 工程材料本征手性的定义
手性（镜像）存在于自然界的所有形式，并在生物体中发挥着基本作用。小到分子（氨基酸、DNA、蛋白质），大到器官（牙齿、手掌、眼睛），皆呈现手性镜像。几乎所有由l-氨基酸组成的蛋白质都是左旋结构（逆时针，用l或L表示），而双螺旋DNA和大多数碳水化合物是右旋结构（顺时针，用d或D表示）（图1）。生物分子和生物结构中的天然手性为与工程手性材料的相互作用提供了可能。生物过程，包括分子结构变化、蛋白冠形成、细胞摄取、粘附、形态变化、干细胞分化、免疫反应、癌症治疗、神经修复、抗菌和植物生长调节等，可以对工程材料的左旋-右旋两种手性对映体产生不同的反应。目前手性材料的生物学效应仍然很少被探索或理解，且大多数材料通常从表面修饰中获得手性。这些手性表面修饰在调节生物过程中起主导作用，从而掩盖了结构固有手性的影响。
图2 手性碳点调控对映选择性催化以及分子结构、酶活性、代谢、植物生长等生物过程
图3 手性金属基材料调控分子传感以及细胞摄取、免疫反应、神经分化、抗菌等生物过程
图4 手性图案化几何形状调控分子传感以及细胞粘附、伸展、形貌、分化等生物过程
因此，本论文讨论了本征固有手性（而非表面修饰）工程材料，包括它们的设计、对映体之间的结构和功能差异，以及材料的手性对生物反应和过程的影响。本质手性工程材料根据其成分和制备构建方法主要分为三类，包括碳点（图2）、金属基材料（图3）和图案化几何形状（图4）。本论文将有助于在基础研究和未来临床应用之间架起桥梁，进一步推动手性材料在生物医学中的应用，并对于构建镜像生物系统以及理解生命起源具有重要参考意义。
马保金，山东大学研究员，博士生导师，山东大学齐鲁青年学者，山东省泰山学者青年专家。本硕博皆就读于山东大学，2019-2021年于法国国家科学研究院从事博士后研究。团队研究方向主要包括生物材料，组织工程和纳米医学等领域，致力于通过材料的形貌调控和功能化设计，实现组织高效修复、抗菌抗炎及癌症治疗。上述工作得到国家自然科学基金项目、省重点研发计划和省自然科学基金项目、中华口腔医学会青托人才培育项目、山东大学齐鲁青年学者项目等资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41578-023-00561-1
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