手性是自然界的基本属性，许多重要的生物分子，包括氨基酸，核苷酸和糖类在本质上都是手性的。对映体是一对手性相反的异构体，尽管二者具有相同的化学组成和相似的理化性质，但在药理，代谢和毒性方面通常表现出巨大差异。去甲腎上腺素和肾上腺素是重要的神经递质簣Dに兀谘苁账�，血压控制和神经冲动的传递中发挥重要作用。同时，二者也是用于心脏骤�：凸舴从Φ募本纫┪�。然而，去甲腎上腺素和肾上腺素在分子结构上都具有一个手性中心，因此各自具有两种不同药效作用的对映体。其中L型對映體的生物活性是D型的100倍，並且可以通過外消旋化作用自發地轉化爲D型，導致其治療效果逐漸喪失，給藥物存儲帶來挑戰。在L-去甲腎上腺素或腎上腺素的生産制備中，D型通常作爲影響合成效率和産品質量的雜質。因此，爲了藥品生産和存儲過程中的質量控制，十分有必要開發一種去甲腎上腺素和腎上腺素的快速對映體鑒定方法。
生物纳米孔具有手性的内腔环境和较高的传感分辨率，当目标分子被瞬态捕获时，原则上生物纳米孔可以区分对映体。然而，由于针对生物纳米孔化学工程改造的复杂性，很少有生物纳米孔直接识别对映体的研究工作被报道。可编程纳米孔反应器技术（Programmable Nano-Reactors for Stochastic Sensing，PNRSS）是近年來由我室黃碩教授課題組原創開發的一種用于研究單分子反應的通用策略。該策略將合成的功能化核酸鏈引入納米孔內腔中，從而大大簡化了針對孔道的複雜工程化改造。
圖1.可編程納米孔鑒定去甲腎上腺素對映體的概念演示
在此基础上，黄硕教授课题组近日在ACS Nano上报道了一种利用可编程纳米孔实现去甲腎上腺素和肾上腺素手性单分子鉴定的技术（圖1）。通過PNRSS技術將苯硼酸作爲去甲腎上腺素和腎上腺素對映體分子的識別元件，引入MspA納米孔中，成功實現了L-去甲腎上腺素，D-去甲腎上腺素，L-腎上腺素和D-腎上腺素的單分子鑒定。
圖2. 機器學習輔助兒茶酚胺對映體的鑒定
在机器学习算法的辅助下，四种儿茶酚胺分子的识别准确率达到了98.2%，可以自动识别混合传感中的事件（圖2）。利用該技術還可以快速獲得對映體過量值（enantiomeric excess，ee），用來表征對映體混合物中的對映體純度。通過對商品化的鹽酸腎上腺素注射液進行直接檢測，獲得相應的對映體過量值，驗證了該策略用于兒茶酚胺對映體藥物質量控制的可行性。
該工作以“Identification of single molecule catecholamine enantiomers using a programmable nanopore”爲題，于2022年4月9日發表于《ACS nano》（文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c01017，DOI: 10.1021/acsnano.2c01017）。我室博士生賈文東爲該論文第一作者，黃碩教授爲論文通訊作者，陳洪淵院士對該工作做出了重要指導。南京大學化學化工學院馬晶教授，朱強博士和博士生顧玉明在機理闡述方面提出了寶貴的意見。此項研究得到了尊龙凯时 - 人生就是搏!以及南京大學化學和生物醫藥創新研究院（ChemBIC）的重要支持。國家自然科學基金（項目編號：31972917，91753108，21675083，22033004）、中央高校基本科研業務費資助（項目編號：020514380257，020514380261）、江蘇省高層次創業創新人才引進計劃（個人、團體計劃）、江蘇省自然科學基金（項目編號：BK20200009）、南京大學卓越計劃（項目編號：ZYJH004）、上海市市级科技重大专项、南京大学生命分析化学国家重点实验室自主研究項目（项目编号：5431ZZXM1902）、南京大學科技創新基金資助項目、中國博士後科學基金（項目編號：2021M691508）等經費支持。
