Nature子刊| 山东大学马保金等发表手性工程材料对生物过程调控的综述

手性材料介导许多自然和合成过程，包括自组装、不对称反应、对映选择性催化、极化过程和生物反应。鉴于其广阔的应用前景，具有手性的工程材料在许多领域受到广泛关注。然而，在生物医学领域，手性材料仍然很少被探索或理解，而那些使用的手性材料通常是通过手性实体的表面修饰而不是从材料本身的固有手性中获得手性的。这些手性表面修饰通常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任何影响。

手性存在于自然界的所有形式中，在生物体中起着基本的作用。氨基酸、蛋白质、碳水化合物、DNA、细胞器和更复杂的组织和器官都具有手性特征，尽管尚不清楚为什么几乎所有由L-氨基酸组成的蛋白质都是左手性的，而DNA双螺旋结构和大多数碳水化合物是右手性的。骨组织、翼足类动物壳、鲸牙和蜗牛壳中的矿物质也具有手性等级结构。生物分子和生物结构的天然手性为与工程手性材料相互作用提供了无限的可能性。

生物过程，包括生物分子结构变化、蛋白冠形成、细胞摄取、细胞粘附、细胞形态变化、干细胞分化、免疫反应、癌细胞死亡、神经修复、抗菌作用和植物生长调节，都可以对工程材料的两种对映体产生不同的反应。手性碳点(CDs)可以模拟拓扑异构酶I (Topo I)和对映选择性地介导超螺旋DNA的拓扑重排，金对映体纳米颗粒(NPs)表现出不同的手性形态的细胞摄取行为。

手性可以调节各种生物过程（图源自Nature Reviews Materials ）

在研究生物影响之前，必须制备具有不对称特征的材料。制造手性材料的一种方法是利用在合成过程中不会外消旋的手性前体，最常用的是氨基酸或肽，如半胱氨酸、丝氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、谷胱甘肽和胱氨酸-苯二肽。另外，手性可以通过物理方法在材料中触发，例如在存在手性分子的情况下施加偏振光。以Au NPs的两个对映体为例，在Cys-Phe二肽存在下，偏振光照射下合成。纳米制造还使一系列全新的材料，包括聚合物、玻璃和石英，具有了手性几何图形，在调节生物过程方面显示出有趣的前景。值得注意的是，目前大多数研究缺乏对同一材料的两种对映体形式的详细比较，这使得很难理解手性在生物过程中的作用。

自2018年以来，由于固有的手性工程材料在各种生物过程中的独特作用，它比非固有的手性工程材料吸引了更多的关注。该综述讨论了手性材料，包括设计、对映体之间结构和功能的差异以及材料的手性对生物反应和过程的影响。该综述指出，要使这一领域取得进展，需要在制备方法、生物学过程及安全问题三个方面深入探索。此外，与传统生物材料类似，手性纳米材料和手性底物的生物相容性不容忽视，尤其是对于不可生物降解或生物持久性材料以及释放或产生有毒降解副产物的材料。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41578-023-00561-1