可控组装模拟分子伴侣的结构与功能示意图

自然界一切生命以及相关的功能都是分子间通过多重弱相互协同作用，以非常精密、准确和程序化可控的方式自组装而实现的，并能够对多种刺激响应实现复杂的生物功能，如细胞的传输、免疫系统的防护、分子伴侣调控蛋白质折叠等。通过揭示生物分子的精细结构与功能之间的关系，通过化学组装模拟生物体系的功能，有望获得具有独特生物功能的新材料。这些新材料可用来调控疾病相关的生物过程，解决细胞无节制增生导致的恶性肿瘤，以及蛋白错误折叠导致的阿尔茨海默症、帕金森症等重大疾病相关问题。除了从分子机制上了解这类恶性生物现象的起源之外，还可以通过化学组装构建模拟细胞、病毒等生物体系的自适应传输功能，用于高效治疗多种疾病。

过去二十多年，化学自组装从组装基元的构建、弱相互作用的利用和组装体结构的精准调控等方面取得了很大的进展。然而，化学组装通过复杂的组装基元设计得到的组装体仅能实现一些基本的功能，具有生物活性化学组装体的例子还不多见，限制了其在生物医用领域的应用。因此，发展新方法实现具有生物功能自组装纳米材料的设计合成，成为化学自组装研究中的重要研究方向。这其中，如何精确控制自组装纳米材料的结构、如何有效调控自组装纳米材料的表面理化性质、以及自组装纳米材料与生物体之间的互作与应答机制，是该领域研究中的关键科学问题和重要挑战。

围绕这些问题，物质绿色创造与制造海河实验室科研骨干史林启教授团队发明了复合组装纳米胶束新方法，以此为基础，通过对天然分子伴侣结构与功能的深入剖析，构建了多种纳米分子伴侣，模拟了天然分子伴侣的受限空间、受限疏水作用、亲疏水可逆相变等结构特征，在调控蛋白质折叠与组装、保护蛋白质活性、构建多蛋白质功能系统以及多功能协同增效的纳米药物方面开展了深入研究，并探索了其在退行性神经疾病、肿瘤、细菌感染等重大疾病治疗中的应用。

日前，天津市科学技术奖2022年度获奖名单正式揭晓。史林启教授领衔完成的“纳米分子伴侣及其生物活性功能”项目（主要完成人：史林启，张望清，刘阳，马如江）获得天津科学技术奖2022年度自然科学奖一等奖。

史林启教授团队开创性地将响应性高分子与嵌段共聚物可控组装相结合，构建了具有生物活性功能的纳米分子伴侣，取得了具有高度创新性和重要意义的研究成果。通过调控纳米分子伴侣与蛋白质间的相互作用，纳米分子伴侣能够辅助蛋白质正确折叠、抑制蛋白质错误聚集、保护蛋白质的结构并提高其稳定性；构建了表面自适应纳米药物，解决了纳米药物多功能协同的难题；设计制备了具有解酒和预防酒精中毒功能的仿生纳米复合酶，为高分子纳米材料在生物医学领域中的应用提供了新的平台和思路。

基于相关研究，团队在Nat. Nanotechnol.、Acc. Chem. Res.、Angew. Chem. Int. Ed.等权威学术期刊上发表SCI收录论文346篇，他引13000余次，授权发明专利14项。相关研究成果在癌症、细菌感染、阿尔兹海默症等重大疾病治疗中展现出应用潜力，在国内外相关领域产生了重要学术影响。