Interaction of Zeolites and Proteins and Its Biomedical Function

doi:10.7503/cjcu20200637

Abstract

Abstract:

Zeolite is considered as a new type of biomaterial in medical treatment， due to its low toxicity and good biocompatibility. This article reviews the interaction between zeolites and proteins. Zeolites have specific binding or reaction with proteins due to their ion exchange capacity， surface properties， and controllable pore structure， which affects the performance and behavior of proteins. The application of zeolites in the biomedical field is mainly discussed， including their uses as antimicrobial agents and hemostatic materials； the article analyzes the unique advantages of zeolites in the medical field， especially in the field of hemostatic applications， and finally summarizes and looks forward to the challenges and development prospects.

Key words: Zeolite, Protein, Ion exchange, Antimicrobial property, Hemostasis

CLC Number:

O614

TrendMD:

YU Lisha, LI Dan, XIAO Liping, FAN Jie. Interaction of Zeolites and Proteins and Its Biomedical Function[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(1): 311.

Figures/Tables 8

References 76

1	Xu R. R.， Pang W. Q.， Huo Q. S.， Yu J. H.， Chen J. S.， Su B. L.， Qiu S. L.， Yan W. F.， Molecular Sieve And Porous Material Chemistry， Science Press， Beijing， 2014， 35—36（徐如人，庞文琴，霍启升，于吉红，陈接胜，苏宝连，裘式纶，闫文付. 分子筛与多孔材料化学，北京：科学出版社， 2014， 35—36）
2	Chen B. P.， Wang Z. P.， Liu Q. Q.， Wang J. C.， Yu J. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2011， 32（3）， 485—493（陈炳鹏，王卓鹏，柳菁菁，王金成，于吉红. 高等学校化学学报， 2011， 32（3）， 485—493）
3	Zhao D. Y.， Wan Y.， Zhou W. Z.， Ordered Mesoporous Molecular Sieve Materials， Higher Education Press， Beijing， 2013， 445—452（赵东元，万颖，周午纵. 有序介孔分子筛材料，北京：高等教育出版社， 2013， 445—452）
4	Bacakova L.， Vandrovcova M.， Kopova I.， Jirka I.， Biomater. Sci.， 2018， 6（5）， 974—989
5	Zarrintaj P.， Mahmodi G.， Manouchehri S.， Mashhadzadeh A. H.， Khodadadi M.， Servatan M.， Ganjali M. R.， Azambre B.， Kim S.， Ramsey J. D.， Habibzadeh S.， Saeb M. R.， Mozafari M.， MedComm， 2020， 1（1）， 5—34
6	Servatan M.， Zarrintaj P.， Mahmodi G.， Kim S. J.， Ganjali M. R.， Saeb M. R.， Mozafari M.， Drug Discovery Today， 2020， S1359644620300738
7	Dee K. C.， Puleo D. A.， Bizios R.， An Introduction to Tissue⁃Biomaterial Interactions， Chemical Industry Press， Beijing， 2005， 44—61（迪伊 K. C.，普莱奥 D. A.，比齐奥斯 R. 组织-生物材料相互作用导论，北京：化学工业出版社， 2005， 44—61）
8	Wang K. Y.， Introduction to Protein， Science Press， Beijing， 2007， 1—30（王克夷. 蛋白质导论，北京：科学出版社， 2007， 1—30）
9	Verma A.， Stellacci F.， Small， 2010， 6（1）， 12—21
10	Wilson C. J.， Clegg R. E.， Leavesley D. I.， Pearcy M. J.， Tissue Eng.， 2005， 11（1/2）， 1—18
11	Aggarwal P.， Hall J. B.， McLeland C. B.， Dobrovolskaia M. A.， McNeil S. E.， Adv. Drug Deliv. Rev.， 2009， 61（6）， 428—437
12	Rabe M.， Verdes D.， Seeger S.， Adv. Colloid Interface Sci.， 2011， 162（1/2）， 87—106
13	Zhang H.， Li H.， Wang K.， Xia Q.， Zhou D.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2020， 298， 110098
14	Tavolaro A.， Tavolaro P.， Drioli E.， Colloids Surf.， B， 2007， 55（1）， 67—76
15	Mesgari⁃Shadi A.， Sarrafzadeh M. H.， Divband B.， Barar J.， Omidi Y.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2018， 264， 167—175
16	Mintova S.， Valtchev V.， Onfroy T.， Marichal C.， Knözinger H.， Bein T.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2006， 90（1—3）， 237—245
17	Matsui M.， Kiyozumi Y.， Mizushina Y.， Sakaguchi K.， Mizukami F.， Sep. Purif. Technol.， 2015， 149， 103—109
18	Becker M.， Cola L. D.， Studer A.， Chem. Commun.， 2011， 47（12）， 3392
19	Krohn J. E.， Tsapatsis M.， Langmuir， 2005， 21（19）， 8743—8750
20	Stückenschneider K.， Merz J.， Hanke F.， Rozyczko P.， Milman V.， Schembecker G.， J. Phys. Chem. C， 2013， 117（37）， 18927—18935
21	Rahimi M.， Ng E. P.， Bakhtiari K.， Vinciguerra M.， Ahmad H. A.， Awala H.， Mintova S.， Daghighi M.， Bakhshandeh Rostami F.， de Vries M.， Motazacker M. M.， Peppelenbosch M. P.， Mahmoudi M.， Rezaee F.， Sci. Rep.， 2015， 5（1）， 17259
22	Hu Y. Y.， Zhang Y. H.， Ren N.， Tang Y.， J. Phys. Chem. C， 2009， 113（42）， 18040—18046
23	Barthomeuf D.， J. Phys. Chem.， 1979， 83（2）， 249—256
24	Tavolaro A.， Tavolaro P.， Drioli E.， Colloids Surf.， B， 2007， 55（1）， 67—76
25	Louis B.， Kiwi⁃Minsker L.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2004， 74（1—3）， 171—178
26	Küchler A.， Yoshimoto M.， Luginbühl S.， Mavelli F.， Walde P.， Nature Nanotech.， 2016， 11（5）， 409—420
27	Wu J.， Li X.， Yan Y.， Hu Y.， Zhang Y.， Tang Y.， J. Colloid Interface Sci.， 2013， 406， 130—138
28	de Vasconcellos A.， Bergamasco Laurenti J.， Miller A. H.， da Silva D. A.， Rogério de Moraes F.， Aranda D. A. G.， Nery J. G.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2015， 214， 166—180
29	Huang R.， Carney R. P.， Ikuma K.， Stellacci F.， Lau B. L. T.， ACS Nano， 2014， 8（6）， 5402—5412
30	Huang R.， Carney R. P.， Stellacci F.， Lau B. L. T.， Nanoscale， 2013， 5（15）， 6928
31	Kilmister R. L.， Faulkner P.， Downey M. O.， Darby S. J.， Falconer R. J.， Food Chem.， 2016， 190， 173—178
32	Yang X.， Zhao C.， Ju E.， Ren J.， Qu X.， Chem. Commun.， 2013， 49（77）， 8611
33	Wu J.， Li X.， Yan Y.， Hu Y.， Zhang Y.， Tang Y.， J. Colloid Interface Sci.， 2013， 406， 130—138
34	Boersema P. J.， Raijmakers R.， Lemeer S.， Mohammed S.， Heck A. J. R.， Nat. Protoc.， 2009， 4（4）， 484—494
35	Zhou Y.， Liu Z.， Zhang J.， Dou T.， Chen J.， Ge G.， Zhu S.， Wang F.， Chem. Commun.， 2019， 55（30）， 4311—4314
36	Zhou Y.， Wu Y.， Yao M.， Liu Z.， Chen J.， Chen J.， Tian L.， Han G.， Shen J. R.， Wang F.， Anal. Chem.， 2016， 88（24）， 12060—12065
37	Liu Z.， Zhou Y.， Liu J.， Chen J.， Heck A. J. R.， Wang F.， Trends Anal. Chem.， 2019， 118， 771—778
38	Hao F.， Liu Q. S.， Chen X.， Zhao X.， Zhou Q.， Liao C.， Jiang G.， ACS Nano， 2019， 13， 1990—2003
39	Yao K.， Tan P.， Luo Y.， Feng L.， Xu L.， Liu Z.， Li Y.， Peng R.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2015， 7（22）， 12270—12277
40	Sun X.， Feng Z.， Hou T.， Li Y.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2014， 6（10）， 7153—7163
41	Noordadi M.， Mehrnejad F.， Sajedi R. H.， Jafari M.， Ranjbar B.， PLoS ONE， 2018， 13（6）， e0198519
42	Grce M.， Pavelić K.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2005， 79（1—3）， 165—169
43	Chen S.， Popovich J.， Zhang W.， Ganser C.， Haydel S. E.， Seo D. K.， RSC Adv.， 2018， 8（66）， 37949—37957
44	Ferreira L.， Guedes J. F.， Almeida⁃Aguiar C.， Fonseca A. M.， Neves I. C.， Colloids Surf.， B， 2016， 142， 141—147
45	Cui J.， Yeasmin R.， Shao Y.， Zhang H.， Zhang H.， Zhu J.， Ind. Eng. Chem. Res.， 2020， 59（2）， 751—762
46	Fox S.， Wilkinson T. S.， Wheatley P. S.， Xiao B.， Morris R. E.， Sutherland A.， Simpson A. J.， Barlow P. G.， Butler A. R.， Megson I. L.， Acta Biomater.， 2010， 6（4）， 1515—1521
47	Wang Z.， Wang J.， Yu J.， Zhang J.， Jin H.， Guo S.， Chin. Sci. Bull.， 2010， 55（17）， 1639—1647
48	Feng Q. L.， Wu J.， Chen G. Q.， Cui F. Z.， Kim T. N.， Kim J. O.， J. Biomed. Mater. Res.， 2000， 52（4）， 662—668
49	Chen S.， Popovich J.， Iannuzo N.， Haydel S. E.， Seo D. K.， ACS Appl. Mater. Inter.， 2017， 9（45）， 39271—39282
50	Sánchez M. J.， Mauricio J. E.， Paredes A. R.， Gamero P.， Cortés D.， Mater. Lett.， 2017， 191， 65—68
51	Chen X.， Yu L.， Zou S.， Xiao L.， Fan J.， Sci. Rep.， 2020， 10（1）， 4719
52	Taaca K. L. M.， Vasquez M. R.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2017， 241， 383—391
53	Yu L.， Gong J.， Zeng C.， Zhang L.， Mater. Sci. Eng.， C， 2013， 33（7）， 3652—3660
54	Jiraroj D.， Tungasmita S.， Tungasmita D. N.， Powder Technol.， 2014， 264， 418—422
55	Alam H. B.， Chen Z.， Jaskille A.， Querol R. I. L. C.， Koustova E.， Inocencio R.， Conran R.， Seufert A.， Ariaban N.， Toruno K.， Rhee P.， The Journal of Trauma： Injury， Infection， and Critical Care， 2004， 56（5）， 974—983
56	Hickman D. A.， Pawlowski C. L.， Sekhon U. D. S.， Marks J.， Gupta A. S.， Adv. Mater.， 2018， 30（4）， 1700859
57	Gordy S. D.， Rhee P.， Schreiber M. A.， Expert Review of Medical Devices， 2011， 8（1）， 41—47
58	Pourshahrestani S.， Zeimaran E.， Djordjevic I.， Kadri N. A.， Towler M. R.， Mater. Sci. Eng.， C， 2016， 58， 1255—1268
59	Bennett B. L.， Littlejohn L.， Mil. Med.， 2014， 179（5）， 497—514
60	Kheirabadi B. S.， Mace J. E.， Terrazas I. B.， Fedyk C. G.， Estep J. S.， Dubick M. A.， Blackbourne L. H.， J. Trauma， 2010， 68（2）， 269—278
61	Laurenti J. B.， Zazeri G.， Povinelli A. P. R.， de Godoy M. F.， Braile D. M.， da Rocha T. R. F.， D’ Amico É. A.， Nery J. G.， Micropor. Mesopor. Mater.， 2017， 239， 263—271
62	Mortazavi S.， World J. Emerg. Med.， 2013， 4（2）， 123
63	Khoshmohabat H.， Dalfardi B.， Dehghanian A.， Rasouli H. R.， Mortazavi S. M. J.， Paydar S.， J. Surg. Res.， 2016， 200（2）， 732—737
64	Chen H.， Shang X.， Yu L.， Xiao L.， Fan J.， J. Biomater. Appl.， 2020， 34（7）， 988—997
65	Yu L.， Shang X.， Chen H.， Xiao L.， Zhu Y.， Fan J.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 1932
66	Li J.， Cao W.， Lv X.， Jiang L.， Li Y.， Li W.， Chen S.， Li X.， Acta Pharmacol. Sin.， 2013， 34（3）， 367—372
67	Griffin J. H.， PNAS， 1978， 75（4）， 1998—2002
68	Gegel B.， Burgert J.， Gasko J.， Campbell C.， Martens M.， Keck J.， Reynolds H.， Loughren M.， Johnson D.， Mili. Med.， 2012， 177（12）， 1543—1547
69	Wolberg A. S.， Campbell R. A.， Transfus. Apher. Sci.， 2008， 38（1）， 15—23
70	Krishnaswamy S.， J. Thromb. Haemost.， 2013， 11， 265—276
71	Li Y.， Liao X.， Zhang X.， Ma G.， Zuo S.， Xiao L.， Stucky G. D.， Wang Z.， Chen X.， Shang X.， Fan J.， Nano Res.， 2014， 7（10）， 1457—1465
72	Shang X.， Li Y. L.， Chen H.， Yu L.， Wang Z.， Xiao L.， Fan J.， J. Biomater. Appl.， 2019， 33（10）， 1427—1433
73	Slowing I. I.， Trewyn B. G.， Lin V. S. Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2007， 129（28）， 8845—8849
74	Dai Z.， Bao J.， Yang X.， Ju H.， Biosens. Bioelectron.， 2008， 23（7）， 1070—1076
75	Soldatkin O. O.， Kucherenko I. S.， Marchenko S. V.， Ozansoy Kasap B.， Akata B.， Soldatkin A. P.， Dzyadevych S. V.， Mater. Sci. Eng.， C， 2014， 42， 155—160
76	Ho J.， Danquah M. K.， Wang H.， Forde G. M.， J. Chem. Technol. Biotechnol.， 2008， 83（3）， 351—358

[1]	YAO Yiting, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Yu, LI Xiaoyun, SU Baolian, CHEN Lihua. Preparation of Hierarchical Microporous-mesoporous Fe₂O₃/ZSM-5 Hollow Molecular Sieve Catalytic Materials and Their Catalytic Properties for Benzylation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(8): 20220090.
[2]	CHEN Weiqin, LYU Jiamin, YU Shen, LIU Zhan, LI Xiaoyun, CHEN Lihua, SU Baolian. Preparation of Organic Hybrid Mesoporous Beta Zeolite for Alkylation of Mesitylene with Benzyl Alcohol [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220086.
[3]	LI Zhiguang, QI Guodong, XU Jun, DENG Feng. Role of Catalyst Acidity in Glucose Conversion over Sn-Al-β Zeolite as Studied by Solid-state NMR [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220138.
[4]	LI Jiafu, ZHANG Kai, WANG Ning, SUN Qiming. Research Progress of Zeolite-encaged Single-atom Metal Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(5): 20220032.
[5]	ZENG Xianyang, ZHAO Xi, HUANG Xuri. Mechanism of Inhibition of Glucose and Proton Cotransport Protein GlcPSe by Cytochalasin B [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210822.
[6]	CUI Shaoli, ZHANG Weijia, SHAO Xueguang, CAI Wensheng. Revealing the Effect of Threonine on the Binding Ability of Antifreeze Proteins with Ice Crystals by Free-energy Calculations [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210838.
[7]	MENG Xianglong, YANG Ge, GUO Hailing, LIU Chenguang, CHAI Yongming, WANG Chunzheng, GUO Yongmei. Synthesis of Nano-zeolite and Its Adsorption Performance for Hydrogen Sulfide [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210687.
[8]	ZHANG Liling, LIU Liu, ZHENG Mingqiu, FANG Wenkai, LIU Da, TANG Hongwu. Dual Signal Detection of HPV16 DNA by CRISPR/Cas12a Biosensing System Based on Upconversion Luminescent Resonance Energy Transfer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220412.
[9]	WEI Lina, PENG Li, ZHU Feng, GU Pengfei, GU Xuehong. Preparation of Au-CeZr/FAU Catalytic Membranes for Preferential Oxidation of CO in H₂-rich Stream [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(10): 20220175.
[10]	LUO Qiangqiang, JIN Shaoqing, SUN Hongmin, YANG Weimin. Post-synthesis of Ti-MWW Zeolite via Titanium Incorporation in Liquid Acid Solution [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2742.
[11]	LI Yichuan, ZHU Guofu, WANG Yu, CHAI Yongming, LIU Chenguang, HE Shengbao. Effects of Substrate Surface Properties and Precursor Chemical Environment on In⁃situ Oriented Construction of Titanium Silicalite Zeolite Membranes [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(9): 2934.
[12]	ZHANG Xu, QUE Jiaqian, HOU Yuexin, LYU Jiamin, LIU Zhan, LEI Kunhao, YU Shen, LI Xiaoyun, CHEN Lihua, SU Baolian. Hierarchical Mesoporous-microporous TS-1 Single Crystal Catalysts for Epoxidation of Allyl Chloride [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2529.
[13]	LIU Yunhong, PENG Xinyan. Preparation and Property of A Novel Hemoperfusion Adsorbent For Protein-bound Uremic Toxins [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1952.
[14]	WANG Lei, SUN Tantan, YAN Nana, MA Chao, LIU Xiaona, TIAN Peng, GUO Peng, LIU Zhongmin. Exploring Organic Structure-directing Agents Used for SAPO-34 to Synthesize SSZ-13 [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1716.
[15]	DU Fanglin, WU Bingxin, LIU Jiao, XU Congcong, LI Guofeng, WANG Xing. Research Progress of Graphene-based Hemostatic Sponges [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1177.