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《Nat. Rev. Mater.》之后再發(fā)《Nat. Nanotechnol.》：基于納米技術(shù)的策略用于對(duì)抗新冠病毒變種
2022-08-19  來(lái)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(dǎo)致超過(guò)5億人感染。納米技術(shù)在對(duì)抗新冠病毒的各個(gè)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(shù)的新冠mRNA疫苗方面。盡管目前的mRNA疫苗能有效預(yù)防原始的新冠毒株，但是利用該疫苗快速結(jié)束新冠肺炎大流行的期望被不斷涌現(xiàn)的新冠病毒變種澆滅。因此，急需更多新的策略來(lái)處理目前的和將來(lái)的各種新冠病毒變種帶來(lái)的危機(jī)。在此，他們從生物學(xué)和免疫學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)討論新冠病毒變種，并且討論如何合理設(shè)計(jì)和發(fā)展新型的和潛在的基于納米技術(shù)的策略用于對(duì)抗已知的和將來(lái)的新冠病毒變種。在這場(chǎng)與新冠病毒變種的斗爭(zhēng)中學(xué)習(xí)到的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)策略將會(huì)進(jìn)一步激發(fā)基于納米技術(shù)策略上的更多創(chuàng)新，以應(yīng)對(duì)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(tuán)隊(duì)等人的前瞻性論文。


  近日，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合以色列特拉維夫大學(xué)Dan Peer教授團(tuán)隊(duì)、賓夕法尼亞大學(xué)Michael J. Mitchell教授團(tuán)隊(duì)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(diǎn)介紹了基于納米技術(shù)的策略在對(duì)抗新冠病毒變種領(lǐng)域的重要應(yīng)用，并展望了各項(xiàng)新型抗病毒納米療法臨床轉(zhuǎn)化的進(jìn)展和挑戰(zhàn)，對(duì)后續(xù)開(kāi)發(fā)更有效的對(duì)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(gè)大約29000 個(gè)堿基的正單鏈RNA病毒并保持著每個(gè)月兩個(gè)字母的突變率。這種突變率相對(duì)于其它的RNA病毒來(lái)說(shuō)已經(jīng)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(jīng)衍生出了超過(guò)4000種變體。目前，對(duì)于這些變體最大的擔(dān)憂是他們可能使得接種過(guò)疫苗或已經(jīng)感染過(guò)的人再次感染。目前，世界衛(wèi)生組織已經(jīng)發(fā)布了五種需要關(guān)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(guān)注新冠病毒變種。


  新冠病毒主要是通過(guò)其S蛋白與宿主細(xì)胞上的ACE2受體結(jié)合來(lái)感染細(xì)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(guān)。因此，通過(guò)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(shù)提供了各種各樣的解決方案， 包括納米顆粒疫苗誘導(dǎo)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(dǎo)中和抗體來(lái)靶向病毒變種的S蛋白。


  盡管目前的mRNA疫苗對(duì)于原始新冠病毒株具有很好的預(yù)防效果，他們對(duì)于新冠病毒變種的預(yù)防效果卻因?yàn)檫@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(lái)誘導(dǎo)更強(qiáng)的中和抗體以便于更有效的對(duì)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(guò)與ACE2受體的結(jié)合來(lái)感染宿主細(xì)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(jié)構(gòu)（例如，DNA折紙）可以用來(lái)制備新型的基于納米技術(shù)的療法用于對(duì)抗新冠病毒。盡管目前新冠肺炎還處于大流行時(shí)期，我們相信基于納米技術(shù)上的進(jìn)步和創(chuàng)新能夠提供各種更加有效的方式來(lái)加速大流行的結(jié)束。


  本文的共同第一作者為哈佛大學(xué)博士后Xiangang Huang博士（陶偉教授團(tuán)隊(duì)）、以色列特拉維夫大學(xué)博士Edo Kon（Dan Peer教授團(tuán)隊(duì)）、以及賓夕法尼亞大學(xué)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(tuán)隊(duì)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(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊(duì)也聯(lián)合世界范圍內(nèi)頂尖科學(xué)家（如MIT的Robert Langer院士、哥倫比亞大學(xué)的Kam W. Leong院士、瑞典卡羅琳斯卡醫(yī)學(xué)院的Yihai Cao院士、湖南大學(xué)的譚蔚泓院士、中科院的施劍林院士、高麗大學(xué)的Jong Seung Kim院士等）前瞻性地總結(jié)了材料科學(xué)在未來(lái)應(yīng)對(duì)新冠大流行中的潛在策略，在當(dāng)時(shí)為各類(lèi)針對(duì)新冠病毒的認(rèn)識(shí)、防護(hù)、檢測(cè)、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(nèi)很多實(shí)驗(yàn)室目前正在進(jìn)行地研究提供了策略和思考。該論文也同時(shí)入選了Nature Reviews Materials當(dāng)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(lái)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(jiǎn)介：


  陶偉教授，現(xiàn)為哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授、哈佛大學(xué)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(xué)醫(yī)學(xué)院歷史上第一個(gè)以助理教授身份獲得冠名杰出講席教授頭銜的華人學(xué)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(xué)應(yīng)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(lèi)疾病、糖尿病及其并發(fā)癥等的治療等）。陶偉教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多種藥物遞送核心技術(shù)已獲系統(tǒng)性的專(zhuān)利、具有良好的產(chǎn)業(yè)化背景。近四年以獨(dú)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(shù)論文入選封面論文、Web of Science高被引論文或熱點(diǎn)論文。


  曾獲得美國(guó)METAvivor青年研究員獎(jiǎng)、美國(guó)心臟協(xié)會(huì)合作科學(xué)獎(jiǎng)、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院/布萊根婦女醫(yī)院納米醫(yī)學(xué)研究中心基金、系基礎(chǔ)科學(xué)基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、Nanotechnology Foundation等項(xiàng)目資助。曾獲評(píng)《麻省理工科技評(píng)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(xué)家（2021年度起）、微軟學(xué)術(shù)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(xué)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(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí)，受邀擔(dān)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(huì)成員，eLife、Bioactive Materials、Acta Pharmaceutica Sinica B等期刊客座編輯。


  課題組網(wǎng)頁(yè)：https://scholar.harvard.edu/wtao/bio

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