基于细胞色素P450酶代谢的内分泌干扰物体外筛检电化学平台构建与应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21505071
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0404.化学与生物传感
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

With the emergent of environmental chemicals, there are urgent needs for the development of low-cost, convenient and accurate methods of in vitro screening endocrine disrupting chemicals (EDCs). To assess the potential risks of EDCs, it is of great importance to perform the metabolic reaction of cytochrome P450 enzyme (CYP450) in the process of in vitro screening EDCs. In this project, the electrode-driven or light-driven CYP450 electrochemical reactors will be constructed by using the functionalized nanocarbon materials with excellent electrical or optical performance (such as graphene, nitrogen-doped carbon nanotubes and nanocarbon balls). By studying the electron transfer, energy transfer and reaction performance of the immobilized enzyme, the method to improve the biological activity and the catalytic efficiency of the immobilized enzyme will be explored. Furthermore, the electrochemical method, LC-MS and other means of detection will be applied to study the metabolic behavior and dynamic mechanism of EDCs in the CYP450 electrochemical reactors. Based on the research above, the detection system of the CYP450 electrochemical reactor in series with the receptor binding assay will be constructed by the dual working electrode system or chromatographic separation technique. In the system, the endocrine disrupting activity of EDCs will be evaluated according to the changes of the optical or electrochemical responses caused by the completive binding with the receptors between EDCs metabolites and probe molecules. After that, the new principles and methods of in vitro screening EDCs based on the CYP450 electrochemical reactor will be established.
随着环境化学品的不断涌现,发展廉价、方便、准确的内分泌干扰物(EDCs)体外筛检方法迫在眉睫,而在EDCs体外筛检中进行细胞色素P450酶(CYP450)代谢反应,对评估EDCs的潜在风险尤为重要。本项目拟利用功能化纳米碳材料(如石墨烯、掺氮碳纳米管、纳米碳球等)优异的光电性能,构建基于电驱动或光驱动的CYP450电化学代谢反应器。通过研究固定化酶的电子转移、能量传递和反应性能,探索提高固定化酶的生物活性以及催化效率的方法;采用电化学、LC-MS等检测手段考察CYP450电化学代谢反应器对EDCs的代谢行为及动力学机制;借助双工作电极系统或色谱分离技术,构建CYP450电化学代谢反应器和受体结合试验相串联的检测系统,通过代谢产物与探针分子竞争性结合受体前后造成的电或光响应信号的改变,评估EDCs的内分泌干扰活性,进而提出基于CYP450电化学代谢反应器的EDCs体外筛检新原理和新方法。

结项摘要

本项目基于多巴胺/石墨烯/金纳米粒子(Au@PDA-RGO)仿生复合材料以及功能化石墨烯泡沫的优异性能,分别构建了酪氨酸酶(Try)、人肝微粒体(HLM)以及CYP3A4电化学代谢反应器,应用于生物传感及类固醇激素代谢研究。研究发现设计具有良好生物相容性、优异电子传递性能的酶固定界面,是构建高催化效率P450电化学代谢反应器的关键。首先,设计合成的Au@PDA-RGO仿生复合材料为固定化酶提供了理想的生物微环境,构建的Try/Au@PDA-RGO电化学生物传感器对双酚A(BPA)具有良好的分析性能,其灵敏度高、线性范围宽、检出限低,成功应用于塑料制品中BPA的检测。进一步,以PDA/Au@RGO为载体,构建了HLM电化学生物传感器,成功实现了HLM在电极表面的直接电化学以及固定化HLM对固醇类激素的代谢行为。HPLC-MS检测结果表明HLM电化学反应器催化生成的代谢产物与实际体内相一致。此外,我们设计合成了孔径可控的聚多巴胺功能化石墨烯泡沫(PNGFs)用于CYP3A4纳米反应器的构建,研究发现PNGFs孔的大小会影响CYP3A4的负载量、酶构型和传质过程,进而影响酶的活性和反应速率。当孔径与酶尺寸相匹配时,固定化CYP3A4对底物的亲和力最高。更有意思的是,当构建的P450电化学反应器应用于睾酮、孕酮、雌酮的代谢研究时,求得的Kmapp值的大小顺序与文献报道的结果相一致。该研究结果表明,P450电化学代谢反应器在内分泌干扰物筛选和安全性评价领域具有潜在的应用前景。项目实施过程中,发表SCI论文7篇,会议论文2篇,申请发明专利1项,培养硕士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
Fast steroid hormone metabolism assays with electrochemical liver microsomal bioreactor based on polydopamine encapsulated goldgraphene nanocomposite
基于聚多巴胺封装金石墨烯纳米复合材料的电化学肝微粒体生物反应器快速类固醇激素代谢测定
  • DOI:
    10.1016/j.electacta.2017.11.195
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Electrochimica Acta
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Xuan Xu;Guangmin Bai;Lishu Song;Qiqin Zheng;Yuewei Yao;Songqin Liu;Cheng Yao
  • 通讯作者:
    Cheng Yao
Ultrasensitive electrochemical DNA sensor for virulence invA gene of Salmonella using silver nanoclusters as signal probe
以银纳米簇为信号探针检测沙门氏菌毒力invA基因的超灵敏电化学DNA传感器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.05.133
  • 发表时间:
    2018-11-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Ye, Yongkang;Liu, Yaqian;Zheng, Haisong
  • 通讯作者:
    Zheng, Haisong
Polydopamine functionalized nanoporous graphene foam as nanoreactor for efficient electrode-driven metabolism of steroid hormones
聚多巴胺功能化纳米多孔石墨烯泡沫作为纳米反应器,用于高效电极驱动的类固醇激素代谢
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2018.08.009
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Xuan Xu;Qiqin Zheng;Guangmin Bai;Qumei Dai;Xiaodong Cao;Yuewei Yao;Songqin Liu;Cheng Yao
  • 通讯作者:
    Cheng Yao
General Preparation of Heme Protein Functional Fe3O4@Au-Nps Magnetic Nanocomposite for Sensitive Detection of Hydrogen Peroxide
用于灵敏检测过氧化氢的血红素蛋白功能化 Fe3O4@Au-Nps 磁性纳米复合材料的一般制备
  • DOI:
    10.1002/elan.201600457
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ELECTROANALYSIS
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Xu Xuan;Song Lishu;Zheng Qiqin;Cao Xiaodong;Yao Cheng
  • 通讯作者:
    Yao Cheng
An electrochemical enzymatic nanoreactor based on dendritic mesoporous silica nanoparticles for living cell H2O2 detection
基于树枝状介孔二氧化硅纳米粒子的电化学酶纳米反应器用于活细胞 H2O2 检测
  • DOI:
    10.1039/c8an01712c
  • 发表时间:
    2019-01-21
  • 期刊:
    ANALYST
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Bai, Guangmin;Xu, Xuan;Yao, Cheng
  • 通讯作者:
    Yao, Cheng

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其他文献

Co~(2+)离子掺杂对TiO2结构与光催化活性的影响
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细胞色素P450酶电化学生物传感器的构建及其药物代谢应用
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低频诊断超声联合微泡开放小鼠血脑屏障的辐照时间研究
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    2015
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  • 作者:
    施志坚;王华伟;徐璇;刘晓娟
  • 通讯作者:
    刘晓娟

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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