图1. 精准构建人工金属酶用于持续切割肿瘤细胞DNA及实时动态监测抗肿瘤治疗效果
图2. 利用长期、稳定、选择性生物催化化学发光原位动态评估肿瘤治疗效果
在国家自然科学基金项目（批准号：21425522、21727817、11621505、31971311、31500815）等资助下，北京工业大学高学云教授团队与中国科学院高能物理研究所赵丽娜研究员合作，利用精准构筑的人工金属酶作为生物分析探针，建立了原位动态监测肿瘤治疗效果的分析新方法。研究成果以“人工金属酶用于催化肿瘤特异性DNA切割与原位动态成像分析（An artificial metalloenzyme for catalytic cancer-specific DNA cleavage and operando imaging）”为题，于2020年7月15日在《科学进展》（Science Advances）上发表。论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/29/eabb1421。
多功能时空分辨分子影像技术拓展了人类对关键生命活动的认知，加深了对生理或病理进程的了解。其中，化学发光成像技术是一种高灵敏、简便和低成本的分析方法。追踪化学发光信号可以在分子、细胞甚至活体水平上实时监测重要生命过程，有助于可视化评估重大疾病的治疗效果。实现活体化学发光成像的关键和挑战之一是合理设计与精准构建长寿命化学发光生物探针。
天然金属酶多以金属团簇作为辅因子，为精准设计适用于成像分析的人工金属酶探针提供了重要启发。该研究团队以肿瘤靶向肽修饰血清白蛋白，利用一步仿生策略，在其内部空腔精确构筑了活性中心为铜团簇的人工金属酶探针分子。该探针分子具有与底物匹配的能级和恰当的几何构型，可长期、稳定、选择性催化肿瘤微环境中过表达的过氧化氢高效转化为羟基自由基和氧气。产生的羟基自由基可持久催化产生灵敏化学发光，适用于活体水平上实时动态跟踪肿瘤治疗效果。
该工作利用金属团簇独特而稳定的类酶催化活性，不仅长效切割肿瘤细胞DNA，并且在肿瘤微环境中持续催化产生化学发光，为长期灵敏可视化监测肿瘤治疗效果提供了新的动态分析方法。