鉄二原子ナノザイム、関節リウマチ治療への応用に有望な成果(Iron Dual-atom Nanozyme Shows Promise for Treating Rheumatoid Arthritis)

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2026-09-07 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物质科学研究院などの研究チームは、隣接する2個の鉄原子を触媒活性点とする「鉄デュアルアトム・ナノザイム」を開発し、関節リウマチ治療への応用可能性を示しました。研究では、窒素との配位構造が異なる2種類のナノザイムを作製し、そのうちpy-Fe-DAが特に高いカタラーゼ様活性を示しました。過酸化水素(H₂O₂)を効率的に分解して酸素を生成し、比活性は100.13 U mg⁻¹と、pr-Fe-DAの約2.4倍に達しました。理論計算などから、隣接する鉄原子間の強磁性的相互作用が反応経路を有利にし、高い触媒性能をもたらすことを解明しました。さらに、マウスの関節リウマチモデルでは酸化ストレスと炎症を抑制し、治療効果を確認しました。金属原子間の磁気的相互作用を利用した新たな抗酸化ナノザイム設計として、関節リウマチなど酸化ストレス関連疾患への応用が期待されます。

鉄二原子ナノザイム、関節リウマチ治療への応用に有望な成果(Iron Dual-atom Nanozyme Shows Promise for Treating Rheumatoid Arthritis)
Schematic diagram of spin-regulated catalase-like catalysis of py-Fe-DA for rheumatoid arthritis therapy (Image by MENG Xiang)

<関連情報>

二原子ナノザイムにおける強磁性結合により、関節リウマチ治療のためのスピン有利なカタラーゼ様触媒作用が実現 Ferromagnetic Coupling in Dual-Atom Nanozymes Enables Spin-Favorable Catalase-Like Catalysis for Rheumatoid Arthritis Therapy

Xiangfu Meng, Ruofei Zhang, Luzheng Xu, Qilong Wang, Sijie Zhang, Kelong Fan, Xiangyang Li, Hui Wang
Angewandte Chemie International Edition  Published: 05 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.1653347

ABSTRACT

Iron dual-atom (Fe DA) nanozymes, structurally analogous to natural catalase, exhibit promising catalase-like (CAT-like) activity, yet further improving their catalytic performance and elucidating the underlying mechanism remain major challenges. Herein, we developed a cascade strategy integrating vacancy induction and electrostatic adsorption to construct two representative Fe DA nanozymes, pr-Fe-DA and py-Fe-DA, with coordination environments dominated by pyrrolic-N and pyridinic-N, respectively. The resulting py-Fe-DA exhibits an exceptionally high CAT-like activity of 100 U mg−1, which is 2.4 times that of pr-Fe-DA (42 U mg−1), representing the highest value reported to date. Mechanistic studies and density functional theory calculations reveal that modulating the nitrogen coordination environment from pyrrolic-N to pyridinic-N promotes an antiferromagnetic-to-ferromagnetic transition in the magnetic coupling between Fe sites. This transition enables spin-favorable H2O2 activation through parallel spin alignment of the oxygen atoms in adsorbed H2O2, thereby accelerating O─H bond cleavage and O2 generation while decreasing the Gibbs free energy change of the rate-determining step from 0.84 to 0.08 eV. Moreover, py-Fe-DA effectively alleviates oxidative stress and inflammation in rheumatoid arthritis models. These findings identify magnetic coupling as a key descriptor of CAT-like activity and establish magnetic-coupling engineering as a powerful strategy for designing high-performance nanozymes.

医療・健康
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