一种金修饰碳纳米笼负载CYP450酶复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及复合材料，特别涉及一种金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、细胞色素p450酶(cytochrome p450 enzyme system,cyp450)是一类亚铁血红素，参与多种生理性物质、毒性致癌物以及各种内源性和外源性物质的代谢过程，在药物代谢中占重要地位。cyp450是一组酶的总称，有许多同工酶和亚型组成，命名时用cyp代表cyp450，其后加阿拉伯数字表示cyp450的家族成员，例如cyp1、cyp2、cyp3等，在数字后加字母，则代表亚家族，如cyp1a、cyp2c、cyp2d、cyp2e等。细胞色素p450酶主要存在于肝脏和其他组织的内质网中，是一类血红蛋白偶联单加氧酶，其发挥作用需要辅酶nadph和分子氧的共同参与，主要参与药物的生物转化中氧化反应，包括失去电子、脱氢反应和氧化反应，cyp450是主要的药物代谢酶系。

2、药物相互作用(drug-druginteraction，ddi)是指2种或2种以上的药物所产生的物理或者化学变化，以及由于这些变化所造成的药效改变。了解药物相互作用，可为患者提供更好的药学服务及促进合理用药，最大化地避免不良反应的发生。药物相互作用可发生于药物在人体内吸收、分布、代谢和排泄等过程，其中以代谢性相互作用为主，约占40％。代谢性相互作用主要与参与药物代谢的酶有关，其中以cyp450为主，临床上90％以上的ddi都是由cyp450酶的活性改变引起的。

3、人不同亚型的cyp在药物代谢中的作用如表1所示。

4、表1人不同亚型的cyp在药物代谢中的作用

5、

6、

7、体外模拟cyp450催化药物代谢的常用方法有肝微粒体体外温孵法、重组cyp450体外温孵法、肝细胞体外温孵法等，然而为了提高cyp450酶的催化活性，以上方法需要依赖还原酶(如还原型辅酶ⅱ(nadph))辅助传递电子。但nadph可再生能力有限，且多酶体系复合使用稳定性差，这些缺陷限制了cyp450酶催化药物代谢领域的广泛应用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明目的在于提供一种金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料具有良好的药物催化代谢活性，不需依赖还原酶的辅助。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料，包括金修饰碳纳米笼，以及负载于所述金修饰碳纳米笼表面和内部孔隙的细胞色素p450酶；

4、所述金修饰碳纳米笼包括碳纳米笼和负载于所述碳纳米笼表面和内部孔隙的金纳米颗粒。

5、优选的，所述金修饰碳纳米笼中金纳米颗粒的质量百分含量为2～8％。

6、优选的，所述金修饰碳纳米笼与细胞色素p450酶的质量比为1000～10000:1。

7、优选的，所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的粒径为6～10μm。

8、本发明提供了上述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

9、将碳纳米笼、haucl4、还原剂与水混合，进行还原反应，得到金修饰碳纳米笼；

10、将所述金修饰碳纳米笼、细胞色素p450酶与水混合，进行负载，得到金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料。

11、优选的，所述碳纳米笼的制备方法，包括以下步骤：

12、将碱式碳酸镁、苯类碳源混合，在保护气氛下进行热处理碳化，得到热处理产物；

13、将所述热处理产物酸洗后得到碳纳米笼。

14、优选的，所述苯类碳源为联苯；所述热处理碳化的温度为800～850℃，保温时间为30～60min。

15、本发明提供了上述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料在体外催化药物代谢中的应用。

16、本发明提供了一种体外监测药物代谢电极，包括电极基底、修饰在所述电极基底表面的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的膜层。

17、优选的，所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的膜层的厚度为3～5μm。

18、本发明提供了一种金修饰碳纳米笼负载cyp450酶的复合材料，包括金修饰碳纳米笼和负载于所述金修饰碳纳米笼表面和内部孔隙的细胞色素p450酶；所述金修饰碳纳米笼包括碳纳米笼和负载于所述碳纳米笼表面和内部孔隙的金纳米颗粒。本发明将细胞色素p450酶(cyp450酶)复合材料负载于金修饰碳纳米笼(au/cnc)的表面和内部，由于金修饰碳纳米笼具有分级多孔纳米结构，且比表面积大、导电性好，cyp450酶和药物分子可以从本体溶液中被快速地吸附到au/cnc纳米材料的孔中，使得酶和底物分子在纳米限域空间中高度富集，实现了更快的反应动力学和更高的转化率，能够在不使用还原酶辅助的条件下通过电化学直接驱动实现药物的催化代谢。由于碳纳米笼为疏水结构，本发明使用金纳米颗粒修饰碳纳米笼，能够提高碳纳米笼的亲水性，有利于cyp450酶的负载。同时，金纳米颗粒的修饰能够提高碳纳米笼的分散性和生物相容性。

19、本发明提供了一种体外监测药物代谢电极，包括电极基底、附着在所述电极基底表面的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料膜层。实施例结果表明，以cyp2c9酶为例，本发明提供的体外监测药物代谢电极基于电化学平台实现了cyp450酶对于催化甲苯磺丁脲药物代谢的体外监测，且结构简单，反应灵敏。

技术特征：

1.一种金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料，包括金修饰碳纳米笼，以及负载于所述金修饰碳纳米笼表面和内部孔隙的细胞色素p450酶；

2.根据权利要求1所述的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料，其特征在于，所述金修饰碳纳米笼中金纳米颗粒的质量百分含量为2～8％。

3.根据权利要求1或2所述的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料，其特征在于，所述金修饰碳纳米笼与细胞色素p450酶的质量比为1000～10000:1。

4.根据权利要求1所述的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料，其特征在于，所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的粒径为6～10μm。

5.权利要求1～4任意一项所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米笼的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述苯类碳源为联苯；所述热处理碳化的温度为800～850℃，保温时间为30～60min。

8.权利要求1～4任意一项所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料或权利要求5～7任意一项所述制备方法制备得到的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料在体外催化药物代谢中的应用。

9.一种体外监测药物代谢电极，包括电极基底、修饰在所述电极基底表面的权利要求1～4任意一项所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料或权利要求5～7任意一项所述制备方法制备得到的金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的膜层。

10.根据权利要求9所述的体外监测药物代谢电极，其特征在于，所述金修饰碳纳米笼负载cyp450酶复合材料的膜层的厚度为3～5μm。

技术总结
本发明提供了一种金修饰碳纳米笼负载CYP450酶复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明提供的复合材料包括金修饰碳纳米笼和负载于所述金修饰碳纳米笼表面和内部孔隙的细胞色素P450酶；所述金修饰碳纳米笼包括碳纳米笼和负载于所述碳纳米笼表面和内部孔隙的金纳米颗粒。本发明将细胞色素P450酶负载于金修饰碳纳米笼复合材料的表面和内部，金修饰碳纳米笼具有多孔纳米结构，CYP450酶和药物分子可以从本体溶液中被快速地吸附到金修饰碳纳米笼的孔中，使得酶和底物分子在纳米限域空间中高度富集，实现了更快的反应动力学和更高的转化率，能够在不使用还原酶辅助的条件下实现药物的体外直接电化学驱动催化代谢。

技术研发人员：姜玲,公晶,吴桐,田瑞琳,黄训,张书圣
受保护的技术使用者：临沂大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13