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《Nat. Rev. Mater.》之后再發(fā)《Nat. Nanotechnol.》：基于納米技術的策略用于對抗新冠病毒變種
2022-08-19  來源：高分子科技

  新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）引發(fā)目前的新冠肺炎大流行并在全球范圍導致超過5億人感染。納米技術在對抗新冠病毒的各個方面都發(fā)揮著重要的作用，尤其是在發(fā)展高效的基于納米技術的新冠mRNA疫苗方面。盡管目前的mRNA疫苗能有效預防原始的新冠毒株，但是利用該疫苗快速結束新冠肺炎大流行的期望被不斷涌現的新冠病毒變種澆滅。因此，急需更多新的策略來處理目前的和將來的各種新冠病毒變種帶來的危機。在此，他們從生物學和免疫學的觀點來討論新冠病毒變種，并且討論如何合理設計和發(fā)展新型的和潛在的基于納米技術的策略用于對抗已知的和將來的新冠病毒變種。在這場與新冠病毒變種的斗爭中學習到的經驗和設計策略將會進一步激發(fā)基于納米技術策略上的更多創(chuàng)新，以應對其它可能的全球傳染疾病和變種。



圖1. Nature Nanotechnology于2022年8月18日在線發(fā)表了陶偉教授團隊等人的前瞻性論文。


  近日，哈佛大學醫(yī)學院陶偉教授團隊聯合以色列特拉維夫大學Dan Peer教授團隊、賓夕法尼亞大學Michael J. Mitchell教授團隊在Nature Nanotechnology期刊上發(fā)表了題為“Nanotechnology-based strategies against SARS-CoV-2 variants”的前瞻論文。本論文重點介紹了基于納米技術的策略在對抗新冠病毒變種領域的重要應用，并展望了各項新型抗病毒納米療法臨床轉化的進展和挑戰(zhàn)，對后續(xù)開發(fā)更有效的對抗新冠病毒變種的疫苗和療法具有重要意義。


  新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）是一個大約29000 個堿基的正單鏈RNA病毒并保持著每個月兩個字母的突變率。這種突變率相對于其它的RNA病毒來說已經比較低了，原因可能是它的自我矯正能力 （圖1）。然而，新型冠狀病毒的快速傳播已經衍生出了超過4000種變體。目前，對于這些變體最大的擔憂是他們可能使得接種過疫苗或已經感染過的人再次感染。目前，世界衛(wèi)生組織已經發(fā)布了五種需要關注的新冠病毒變種。而這些變種，正在不斷挑戰(zhàn)目前部署的新冠病毒疫苗和療法。



圖2.需關注新冠病毒變種。


  新冠病毒主要是通過其S蛋白與宿主細胞上的ACE2受體結合來感染細胞。而新冠病毒變種具有更高的傳染性和更低的抗體中和效率跟其S蛋白上的突變緊密相關。因此，通過靶向新冠病毒變體上的S蛋白以阻止其與ACE2受體的相互作用是最直接和最有前景的策略。納米技術提供了各種各樣的解決方案， 包括納米顆粒疫苗誘導的中和抗體，工程化的中和抗體和基于ACE2受體的納米誘餌。


圖3. 利用基于納米顆粒的疫苗誘導中和抗體來靶向病毒變種的S蛋白。


  盡管目前的mRNA疫苗對于原始新冠病毒株具有很好的預防效果，他們對于新冠病毒變種的預防效果卻因為這些變種上的S 蛋白的多處突變而大大減弱。因此，人們提出更新目前的mRNA疫苗配方或者研發(fā)新的mRNA疫苗的策略來誘導更強的中和抗體以便于更有效的對抗新冠病毒變種（圖2）。值得注意的是，盡管最新的Omicron變種極具傳染性且擁有比以往流行變種更多的突變， 但是它依然是通過與ACE2受體的結合來感染宿主細胞的。因此，一系列的能夠直接捕獲病毒變種或者精確放置中和抗體或ACE2受體在其表面的納米結構（例如，DNA折紙）可以用來制備新型的基于納米技術的療法用于對抗新冠病毒。盡管目前新冠肺炎還處于大流行時期，我們相信基于納米技術上的進步和創(chuàng)新能夠提供各種更加有效的方式來加速大流行的結束。


  本文的共同第一作者為哈佛大學博士后Xiangang Huang博士（陶偉教授團隊）、以色列特拉維夫大學博士Edo Kon（Dan Peer教授團隊）、以及賓夕法尼亞大學博士后Xuexiang Han博士（Michael J. Mitchell教授）。



圖4. Nature Reviews Materials于2020年發(fā)表的陶偉教授團隊等人的綜述論文，以及Nature Materials編輯部于2022年6月發(fā)表的社論推薦。


  值得一提的是，在2020年新冠疫情初期，哈佛大學醫(yī)學院陶偉教授團隊也聯合世界范圍內頂尖科學家（如MIT的Robert Langer院士、哥倫比亞大學的Kam W. Leong院士、瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學院的Yihai Cao院士、湖南大學的譚蔚泓院士、中科院的施劍林院士、高麗大學的Jong Seung Kim院士等）前瞻性地總結了材料科學在未來應對新冠大流行中的潛在策略，在當時為各類針對新冠病毒的認識、防護、檢測、疫苗和治療等研究提供了多方面和多維度的思路，也為世界范圍內很多實驗室目前正在進行地研究提供了策略和思考。該論文也同時入選了Nature Reviews Materials當期的封面論文、Web of Science的ESI Top 1%高被引論文，并且在2020年6月受到了來自Nature Materials編輯部-題為“Materials at the heart of the COVID-19 pandemic”（Nature Materials 2022, 21, 609）的推薦介紹。


  原文鏈接：

  1. Huang X, Kon E, Han X, Zhang X, Kong N, Mitchell M, Peer D, Tao W. Nanotechnology-based strategies against SARS-CoV-2 variants. Nature Nanotechnology 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01174-5.

  https://www.nature.com/articles/s41565-022-01174-5

  2. Tang Z, Kong N, Zhang X, Liu Y, Hu P, Mou S, Liljestr?m P, Shi J, Tan W, Kim JS, Cao Y, Langer R, Leong K, Farokhzad OC, Tao W. A materials science perspective on tackling COVID-19. Nature Reviews Materials 2020, 5(11): 847-860.

  https://www.nature.com/articles/s41578-020-00247-y


最后通訊作者簡介：


  陶偉教授，現為哈佛大學醫(yī)學院助理教授、哈佛大學附屬布萊根婦女醫(yī)院Farokhzad Family杰出講席教授（Endowed Chair），也是哈佛大學醫(yī)學院歷史上第一個以助理教授身份獲得冠名杰出講席教授頭銜的華人學者。研究方向主要是圍繞藥物載體和生物材料的研發(fā)及其廣泛的生物醫(yī)學應用（如mRNA/siRNA等核酸遞送、腫瘤診斷治療、心血管疾病、創(chuàng)傷愈合及組織再生、感染或炎癥類疾病、糖尿病及其并發(fā)癥等的治療等）。陶偉教授團隊研發(fā)的多種藥物遞送核心技術已獲系統(tǒng)性的專利、具有良好的產業(yè)化背景。近四年以獨立通訊或者最后通訊作者身份在Nature Reviews Materials, Nature Reviews Cardiology, Nature Nanotechnology, PNAS, Nature Protocols, Matter (Cell Press), Trends in Chemistry (Cell Press), Nature Communications, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie, Advanced Materials 等期刊上發(fā)表論文50余篇，多數論文入選封面論文、Web of Science高被引論文或熱點論文。


  曾獲得美國METAvivor青年研究員獎、美國心臟協會合作科學獎、哈佛大學醫(yī)學院/布萊根婦女醫(yī)院納米醫(yī)學研究中心基金、系基礎科學基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、Nanotechnology Foundation等項目資助。曾獲評《麻省理工科技評論》35歲以下科技創(chuàng)新35人（2020年度TR35）、科睿唯安全球高被引科學家（2021年度起）、微軟學術全球Top 5 Trending Authors in Nanotechnology以及Top Authors in Nanomedicine、Elsevier/Mendeley Data全球前2%頂尖科學家榜單（2019年起連續(xù)入選年度影響力排行榜）、Chemical Society Reviews期刊Emerging Investigator Award、Advanced Materials期刊Rising Star、Materials Today期刊Rising Star Award、Angewandte Chemie期刊杰出審稿人、Materials Horizons期刊Top 10 杰出審稿人、Nanoscale期刊Emerging Investigator Award等獎項。同時，受邀擔任Springer Nature & BMC旗下期刊Journal of Nanobiotechnology副主編、Wiley旗下期刊Exploration副主編，Matter（Cell Press）、Bioactive Materials、Nano-Micro Letters等期刊Editorial/Advisory委員會成員，eLife、Bioactive Materials、Acta Pharmaceutica Sinica B等期刊客座編輯。


  課題組網頁：https://scholar.harvard.edu/wtao/bio

  （課題組長期招聘聯合培養(yǎng)博士后、博士研究生，歡迎發(fā)信聯系!）

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（責任編輯：xu）
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