国家纳米中心在纳米毒性理论研究中取得系列进展

   无机纳米材料通过催化作用驱动细胞活性氧（H₂O₂，O₂^·-，O₂等）发生化学转化，是其毒性等生物学效应的重要来源，由此开展抗菌、抗氧化、抗肿瘤等生物应用是纳米医学的重要课题。中国科学院国家纳米科学中心研究员高兴发团队长期用理论与模拟手段研究纳米材料催化活性氧转化的机制与规律，发展了纳米毒性预测理论和相关生物应用的计算设计方法，最近在该方向取得了系列进展。 

　　1、“透明”机器学习虚拟筛选靶向肿瘤H₂O₂的2D纳米材料 

　　实体瘤富含H₂O₂分子，纳米材料催化H₂O₂攫氢反应（类过氧化物酶催化）可导致氧化应激毒杀肿瘤；纳米材料催化H₂O₂歧化反应（类过氧化氢酶催化）可缓解乏氧抑制肿瘤增殖。因此，预测纳米材料对H₂O₂的催化活性可用于前瞻性地设计靶向H₂O₂的抗肿瘤纳米材料。研究团队前期发展了预测纳米表面催化H₂O₂攫氢反应的理论模型（ACS Catal., 2020，10，12657），最近发展了预测纳米表面催化H₂O₂歧化反应的理论模型。这些模型基于催化机制，物理意义清晰，与密度泛函计算结合原则上可预测纳米材料的上述抗肿瘤活性。 

　　为提高理论模型预测2D材料抗肿瘤活性的效率，研究人员进一步为模型中的描述符物理量训练了机器学习计算方法，建立了高效筛选抗肿瘤2D纳米材料的计算机方案。该方案兼具物理模型的可解释性与机器学习方法的高效性，用普通电脑与材料数据库连接即可实现虚拟筛选，为2D材料的抗肿瘤应用研究提供了高效理论工具（图1）。相关工作以Clear-box machine learning for virtual screening of 2D nanozymes to target tumor hydrogen peroxide为题，发表于《先进保健材料》（Advanced Healthcare Materials）。 

消息来源：中科院官网