《Nat. Rev. Mater.》之后再发《Nat. Nanotechnol.》：基于纳米技术的策略用于对抗新冠病毒变种

2022-08-19 来源：高分子科技

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）引发目前的新冠肺炎大流行并在全球范围导致超过5亿人感染。纳米技术在对抗新冠病毒的各个方面都发挥着重要的作用，尤其是在发展高效的基于纳米技术的新冠mRNA疫苗方面。尽管目前的mRNA疫苗能有效预防原始的新冠毒株，但是利用该疫苗快速结束新冠肺炎大流行的期望被不断涌现的新冠病毒变种浇灭。因此，急需更多新的策略来处理目前的和将来的各种新冠病毒变种带来的危机。在此，他们从生物学和免疫学的观点来讨论新冠病毒变种，并且讨论如何合理设计和发展新型的和潜在的基于纳米技术的策略用于对抗已知的和将来的新冠病毒变种。在这场与新冠病毒变种的斗争中学习到的经验和设计策略将会进一步激发基于纳米技术策略上的更多创新，以应对其它可能的全球传染疾病和变种。

图1. Nature Nanotechnology于2022年8月18日在线发表了陶伟教授团队等人的前瞻性论文。

近日，哈佛大学医学院陶伟教授团队联合以色列特拉维夫大学Dan Peer教授团队、宾夕法尼亚大学Michael J. Mitchell教授团队在Nature Nanotechnology期刊上发表了题为“Nanotechnology-based strategies against SARS-CoV-2 variants”的前瞻论文。本论文重点介绍了基于纳米技术的策略在对抗新冠病毒变种领域的重要应用，并展望了各项新型抗病毒纳米疗法临床转化的进展和挑战，对后续开发更有效的对抗新冠病毒变种的疫苗和疗法具有重要意义。

新型冠状病毒（SARS-CoV-2）是一个大约29000 个碱基的正单链RNA病毒并保持着每个月两个字母的突变率。这种突变率相对于其它的RNA病毒来说已经比较低了，原因可能是它的自我矫正能力（图1）。然而，新型冠状病毒的快速传播已经衍生出了超过4000种变体。目前，对于这些变体最大的担忧是他们可能使得接种过疫苗或已经感染过的人再次感染。目前，世界卫生组织已经发布了五种需要关注的新冠病毒变种。而这些变种，正在不断挑战目前部署的新冠病毒疫苗和疗法。

图2.需关注新冠病毒变种。

新冠病毒主要是通过其S蛋白与宿主细胞上的ACE2受体结合来感染细胞。而新冠病毒变种具有更高的传染性和更低的抗体中和效率跟其S蛋白上的突变紧密相关。因此，通过靶向新冠病毒变体上的S蛋白以阻止其与ACE2受体的相互作用是最直接和最有前景的策略。纳米技术提供了各种各样的解决方案，包括纳米颗粒疫苗诱导的中和抗体，工程化的中和抗体和基于ACE2受体的纳米诱饵。

图3. 利用基于纳米颗粒的疫苗诱导中和抗体来靶向病毒变种的S蛋白。

尽管目前的mRNA疫苗对于原始新冠病毒株具有很好的预防效果，他们对于新冠病毒变种的预防效果却因为这些变种上的S 蛋白的多处突变而大大减弱。因此，人们提出更新目前的mRNA疫苗配方或者研发新的mRNA疫苗的策略来诱导更强的中和抗体以便于更有效的对抗新冠病毒变种（图2）。值得注意的是，尽管最新的Omicron变种极具传染性且拥有比以往流行变种更多的突变，但是它依然是通过与ACE2受体的结合来感染宿主细胞的。因此，一系列的能够直接捕获病毒变种或者精确放置中和抗体或ACE2受体在其表面的纳米结构（例如，DNA折纸）可以用来制备新型的基于纳米技术的疗法用于对抗新冠病毒。尽管目前新冠肺炎还处于大流行时期，我们相信基于纳米技术上的进步和创新能够提供各种更加有效的方式来加速大流行的结束。

本文的共同第一作者为哈佛大学博士后Xiangang Huang博士（陶伟教授团队）、以色列特拉维夫大学博士Edo Kon（Dan Peer教授团队）、以及宾夕法尼亚大学博士后Xuexiang Han博士（Michael J. Mitchell教授）。

图4. Nature Reviews Materials于2020年发表的陶伟教授团队等人的综述论文，以及Nature Materials编辑部于2022年6月发表的社论推荐。

值得一提的是，在2020年新冠疫情初期，哈佛大学医学院陶伟教授团队也联合世界范围内顶尖科学家（如MIT的Robert Langer院士、哥伦比亚大学的Kam W. Leong院士、瑞典卡罗琳斯卡医学院的Yihai Cao院士、湖南大学的谭蔚泓院士、中科院的施剑林院士、高丽大学的Jong Seung Kim院士等）前瞻性地总结了材料科学在未来应对新冠大流行中的潜在策略，在当时为各类针对新冠病毒的认识、防护、检测、疫苗和治疗等研究提供了多方面和多维度的思路，也为世界范围内很多实验室目前正在进行地研究提供了策略和思考。该论文也同时入选了Nature Reviews Materials当期的封面论文、Web of Science的ESI Top 1%高被引论文，并且在2020年6月受到了来自Nature Materials编辑部-题为“Materials at the heart of the COVID-19 pandemic”（Nature Materials 2022, 21, 609）的推荐介绍。

原文链接：

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

最后通讯作者简介：

陶伟教授，现为哈佛大学医学院助理教授、哈佛大学附属布莱根妇女医院Farokhzad Family杰出讲席教授（Endowed Chair），也是哈佛大学医学院历史上第一个以助理教授身份获得冠名杰出讲席教授头衔的华人学者。研究方向主要是围绕药物载体和生物材料的研发及其广泛的生物医学应用（如mRNA/siRNA等核酸递送、肿瘤诊断治疗、心血管疾病、创伤愈合及组织再生、感染或炎症类疾病、糖尿病及其并发症等的治疗等）。陶伟教授团队研发的多种药物递送核心技术已获系统性的专利、具有良好的产业化背景。近四年以独立通讯或者最后通讯作者身份在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 等期刊上发表论文50余篇，多数论文入选封面论文、Web of Science高被引论文或热点论文。

曾获得美国METAvivor青年研究员奖、美国心脏协会合作科学奖、哈佛大学医学院/布莱根妇女医院纳米医学研究中心基金、系基础科学基金、Khoury Innovation Award、Stepping Strong Breakthrough Innovator Award、Nanotechnology Foundation等项目资助。曾获评《麻省理工科技评论》35岁以下科技创新35人（2020年度TR35）、科睿唯安全球高被引科学家（2021年度起）、微软学术全球Top 5 Trending Authors in Nanotechnology以及Top Authors in Nanomedicine、Elsevier/Mendeley Data全球前2%顶尖科学家榜单（2019年起连续入选年度影响力排行榜）、Chemical Society Reviews期刊Emerging Investigator Award、Advanced Materials期刊Rising Star、Materials Today期刊Rising Star Award、Angewandte Chemie期刊杰出审稿人、Materials Horizons期刊Top 10 杰出审稿人、Nanoscale期刊Emerging Investigator Award等奖项。同时，受邀担任Springer Nature & BMC旗下期刊Journal of Nanobiotechnology副主编、Wiley旗下期刊Exploration副主编，Matter（Cell Press）、Bioactive Materials、Nano-Micro Letters等期刊Editorial/Advisory委员会成员，eLife、Bioactive Materials、Acta Pharmaceutica Sinica B等期刊客座编辑。

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（课题组长期招聘联合培养博士后、博士研究生，欢迎发信联系!）

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