大有可为的纳米疫苗技术

 

自2019年12月发现首例新型冠状病毒感染的肺炎患者以来,新冠肺炎疫情一直牵动着大家的心,研究有效的疫苗和治疗药物迫在眉睫。在上期的《虚拟药物筛选在抗新冠病毒药物研发中的应用》一文中,我们介绍了可用于药物研发的虚拟筛选技术,今天小编再带大家一起了解一种在疫苗研发领域有着重要的应用的新技术-纳米疫苗技术。可以说纳米技术为开发新型疫苗提供了一种有前途的方法,那么啥是纳米技术呢?

 

背景介绍

 

纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。

 

纳米技术包含下列四个主要方面:

1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1-100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。

2、纳米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。

3、纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小,是指响应速度要快,更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。

4、纳米生物学和纳米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料、新的药物。

 

我们今天说的纳米疫苗技术就属于纳米生物学和纳米药物学。那么现在有哪些应用呢?

 

 

应用举例

 

一.预防流感的纳米颗粒疫苗

 

佐治亚州立大学领导的一项研究发现,一种由肽制成的新型双层纳米疫苗可以有效保护小鼠免受甲型流感病毒的侵害。本研究中创建的双层纳米颗粒疫苗显示出与流感病毒抗衡的强大潜力。为了构建这种疫苗的纳米颗粒,研究人员使用了多肽,多肽是由两个或多个氨基酸链组成的化合物,比蛋白质小得多。使用多肽可增加有效抗原决定簇的密度,且多肽容易自动化合成,无需复杂的蛋白表达和纯化过程。纳米粒子模仿病毒的生物学线索,并引发激活免疫反应的危险信号。

 

每个双层纳米颗粒都有一个核心,该核心由核蛋白(NP)的肽组成,核蛋白是一种内部流感蛋白,已发现通过诱导T细胞免疫反应产生针对流感病毒的交叉保护作用。纳米粒子还具有由四种来自A型流感M2蛋白(M2e)胞外域的肽组成的外涂层,这是大多数人类季节性A型流感病毒中的进化保守区域,也是通用流感疫苗的有希望的靶标。M2e序列来自人,猪和禽流感毒株。仅肽的双层纳米颗粒,通过用可溶解的微针贴剂进行皮肤疫苗接种而递送,诱导了强大而持久的保护性免疫,并保护了小鼠免于暴露于甲型流感病毒。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。

 

研究人员使用微针贴片对小鼠施用了双层纳米颗粒疫苗,这种疫苗比传统的肌肉内注射更具优势,然后将它们暴露于甲型流感病毒中,以查看疫苗是否诱导出针对病毒的保护作用。他们发现,接受纳米颗粒疫苗的小鼠在各种A型流感病毒暴露后都能完全存活,而所有接受安慰剂的小鼠都在一周之内死亡。

 

二.Novavax公司在研一种联合呼吸道疫苗

 

2016年6月2日美国疫苗研发公司Novavax宣布2017年启动纳米颗粒样季节性流感疫苗的I/II期临床试验。自2011年以来,Novavax利用Virus-Like-Particle(病毒样颗粒)技术一直在开发流感疫苗。Novavax公司还计划研发一种联合呼吸道疫苗,把季节性流感纳米颗粒样疫苗与呼吸道合胞病毒F蛋白纳米疫苗结合起来,研究咨询机构GlobalData认为,该联合疫苗将成为预防此两种感染(尤其是孩子和老人中)的潜在游戏规则改写者。

 

Novavax公司的重组纳米颗粒和Matrix-MTM佐剂技术是一种突破性创新技术。积极的试验数据表明,基于纳米颗粒技术的RSVF疫苗具有为易感人群(老人和婴儿)提供保护的潜力。呼吸道合胞病毒(RSV)是能够导致婴幼儿和老年人获得严重呼吸疾病,主要表现为下呼吸道感染、支气管炎、病毒性肺炎等。Novavax公司计划生产的组合呼吸道疫苗,可预防季节性流感及呼吸道合胞病毒,同时为在老人及婴幼儿中发病率及死亡率较高的2种疾病提供预防。

 

如果Novavax研发的流感疫苗得到批准,预计这种以纳米粒子为基础的全新设计的疫苗将对流感疫苗市场带来不小的冲击,将是第一次在生产通用流感疫苗上的成功尝试,也增加了适用于其它治疗领域的潜力。

 

新型冠状病毒疫苗研发中的应用

 

根据最新消息:国家纳米科学中心等运用基于细菌外膜囊泡OMV的纳米疫苗技术、人工智能设计筛选病毒中和抗体技术等,支撑新型冠状病毒疫苗研究。外膜囊泡(OMVs)--一种由革兰氏阴性菌外膜出芽形成的结构---也是一种引人注意的抗原展示平台。Watkins等曾经报道过一种基于OMVs的单剂流感疫苗,展示多种生物(人、猪和鸟)的多肽串联序列,多肽源自流感M2基质蛋白的胞外结构域。过了30多天OMVs才从多聚乳酸-乙醇酸(PLGA)上脱落,这是一种长效的免疫刺激,最后实验小鼠从流感疫苗株PR8的致死性剂量攻击下存活,得到100%的免疫保护。

 

我们有理由相信纳米疫苗技术在新型冠状病毒疫苗研究中将大有可为,对最近进展我们拭目以待!

 

每日生物评论

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