UCSD: 纳米技术开发COVID-19疫苗(视频） | 美国华文网-圣地亚哥华文网-美国华人网-圣地亚哥华人-USChinesePress-SanDiegoChinesePress-ChineseMedia

从mRNA疫苗进入临床试验，到肽基疫苗和利用分子的形成来扩大疫苗生产，COVID-19病毒的大流行正将新兴的纳米技术推向前沿 – 可谓当今头条新闻之一。

加州大学圣地亚哥分校（UCSD）的纳米工程师在7月15日出版的《自然·纳米技术》上发表了一篇评论文章，详细介绍了目前COVID-19疫苗开发的方法，并强调了纳米技术是如何促成这些进步的。

“纳米技术在疫苗设计中起着重要作用，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授尼科尔·斯坦梅茨（Nicole Steinmetz）领导的研究人员写道。施泰梅茨还是加州大学圣地亚哥分校纳米免疫工程中心的创始主任。纳米材料是传递抗原、作为佐剂平台和模仿病毒结构的理想材料。第一批进入临床试验的候选药物是基于新型纳米技术，并准备发挥作用。”

施泰梅茨正在领导一项由国家科学基金会资助的研发工作，利用一种植物病毒——一种稳定、易于制造的COVID-19疫苗贴片，可以运送到世界各地，并由患者无痛地自我管理。疫苗本身和微针贴片传递平台都依赖纳米技术。这种疫苗属于下面描述的肽基方法。

“从疫苗技术发展的角度来看，这是一个激动人心的时刻，新技术和新方法将首次对临床产生影响。例如，到目前为止，还没有一种mRNA疫苗获得临床批准，然而Moderna针对COVID-19的mRNA疫苗技术正在取得进展，是美国第一个进入临床试验的疫苗。”

施泰梅茨透露，截至6月份，约有157种COVID-19候选疫苗正在研制中，其中12种正在临床试验中。

图为纳米工程教授尼科尔·施泰因梅茨正在利用一种植物病毒研制一种COVID-19疫苗贴片。

施泰因梅茨写道：“目前有许多纳米技术平台技术应用于防治SARS-CoV-2；虽然前景广阔，但其中许多技术可能还需要几年的时间才能投入使用，因此可能不会对SARS-CoV-2大流行产生影响。”。“尽管如此，尽管COVID-19具有毁灭性，但它可能会推动科学界、资助机构和利益相关者更加集中地努力开发平台技术，使各国做好应对未来流行病的准备。”

为了减轻当代疫苗（即病毒本身的减毒活毒株或灭活株）的一些缺点，纳米技术的进步使几种类型的下一代疫苗成为可能，包括：

肽基疫苗：

结合抗体和患者血清的信息学和免疫学研究，已经鉴定出SARS-CoV-2s蛋白的各种B细胞和T细胞表位。随着时间的推移，从恢复期COVID-19患者的血清中筛选中和抗体，实验获得的肽表位将确定有用的表位区域，并在第二代SARS-CoV-2肽疫苗中产生更为理想的抗原。美国国立卫生研究院最近资助了在圣地亚哥的La Jolla免疫学研究所。

肽基方法是最简单的疫苗形式，易于设计、易于验证和快速制造。肽基疫苗可配制为肽加佐剂混合物，或肽可由适当的纳米载体递送或由核酸疫苗制剂编码。一些基于肽的疫苗以及肽纳米颗粒结合物正在针对慢性疾病和癌症进行临床测试和开发，癌基因和剑桥大学/迪奥辛瓦克斯大学在其COVID-19疫苗配方中使用S蛋白的免疫信息学衍生肽序列。

肽疫苗的一个有趣的纳米技术类别是来自噬菌体和植物病毒的类病毒颗粒（VLP）。虽然对哺乳动物不具传染性，但这些VLP模拟了与病原体相关的分子模式，使其对免疫系统高度可见。这使得VLPs不仅可以作为递送平台，而且可以作为佐剂。VLPs增强抗原呈递细胞对病毒抗原的摄取，并提供额外的免疫刺激，导致随后的免疫反应活化和扩增。Steinmetz和Jon Pokorski教授获得了国家科学基金会的快速研究响应资助，用一种植物病毒研制一种肽基COVID-19疫苗：https://jacobschool.ucsd.edu/news/news_releases/release.sfe？内径=3005。他们的方法是利用感染豆类的豇豆花叶病毒，使其看起来像SARS-CoV-2，并在其表面编织抗原肽，从而刺激免疫反应。

他们的方法，以及其他基于植物的表达系统，可以很容易地使用分子形成来扩大规模。在分子形成中，每种植物都是一个生物反应器。种植的植物越多，生产的疫苗就越多。最近，Medicago公司在一个月内生产了1000万剂流感疫苗，证明了该平台的速度和可扩展性。在2014年埃博拉疫情中，患者接受了ZMapp治疗，这是一种通过分子形成生产的抗体鸡尾酒。分子形成生产成本低，而且更安全，因为人类病原体不能在植物细胞中复制。

核酸疫苗

对于快速出现的病毒感染和大流行，如COVID-19，疫苗的快速开发和大规模部署是一个关键需求，而亚单位疫苗可能无法满足这一需求。为病毒蛋白的原位生产提供遗传密码是传统疫苗方法的一个很有前途的替代方法。DNA疫苗和mRNA疫苗都属于这一类，在COVID-19大流行的背景下正在进行研究。

DNA疫苗是由小的、圆形的细菌质粒组成的，这些质粒被设计成靶向核机制，并在下游产生SARS-CoV-2的S蛋白。

另一方面，信使核糖核酸疫苗是基于设计的信使核糖核酸传递到细胞质中，然后宿主细胞机械将基因转化为一种蛋白质，在本例中是SARS-CoV-2的全长S蛋白。mRNA疫苗可以通过体外转录产生，这就排除了对细胞及其相关调节障碍的需要

虽然DNA疫苗比mRNA疫苗具有更高的稳定性，但mRNA是不整合的，因此不存在插入突变的风险。此外，mRNA的半衰期、稳定性和免疫原性可以通过已建立的修饰进行调节。

几种使用DNA或RNA的COVID-19疫苗正在开发中：Inovio制药公司正在进行一期临床试验，Entos制药公司正在进行一期使用DNA的临床试验。在3月16日开始的美国第一阶段临床试验中，Moderna基于mRNA的技术是最快的，BioNTech-Pfizer最近宣布在德国监管部门批准对四种潜在mRNA候选物进行1/2期临床试验。

亚单位疫苗

亚单位疫苗只使用致病病毒的最小结构元素来激发保护性免疫，无论是病毒本身的蛋白质还是组装的VLP。亚单位疫苗也可以使用来自病原体本身的非传染性VLPs作为抗原。这些vlp缺乏遗传物质，保留了病原体的部分或全部结构蛋白，从而模仿了感染性病毒的免疫原性拓扑特征，可以通过重组表达产生，并通过发酵或分子培养进行扩展。开发人员中的领跑者是Novax，他于2020年5月25日启动了一期/二期试验。此外，赛诺菲巴斯德/葛兰素史克、瓦辛、强生和匹兹堡大学也宣布，他们预计在未来几个月内开始第一阶段临床试验。包括三叶草生物制药公司和澳大利亚昆士兰大学在内的其他机构正在独立开发亚单位疫苗，分别利用分子钳技术和三聚体标记技术来呈现S蛋白的融合前三聚体确认。

输送装置开发

最后，研究人员指出，纳米技术对COVID-19疫苗开发的影响并不是以疫苗本身为终点，而是通过开发设备和平台来管理疫苗。从历史上看，由于减毒活疫苗和灭活疫苗需要不断冷藏，以及需要疫苗的卫生保健专业人员不足，这一点一直很复杂。

“最近，解决这种分配和获取挑战的现代替代品已经出现，例如单剂量缓释植入物和基于微针的贴片，可以减少对冷链的依赖，即使在合格的保健专业人员很少或需求量大的情况下也能确保接种疫苗，研究人员写道。“基于微针的贴片甚至可以自我管理，这将大大加快此类疫苗的推广和传播，并减轻医疗系统的负担。”

基于这两个原因，Pokorski和Steinmetz正与他们的植物病毒COVID-19疫苗共同开发微针递送平台。

这项工作得到了国家科学基金会（NSF CMMI-2027668）的资助

研究人员写道：“生物/纳米技术的进步和先进的纳米制造技术与开放式报告和数据共享相结合，为创新疫苗技术的快速发展奠定了基础，以在COVID-19大流行期间产生影响。”“其中一些平台技术可以作为即插即用技术，可以针对季节性或新的冠状病毒株进行定制。COVID-19有可能成为一种季节性疾病，强调了继续投资冠状病毒疫苗的必要性。