可吸入的新冠病毒纳米捕获器

由严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠状病毒病（COVID-19）大流行至2021年2月已感染逾1亿人，造成逾200万人死亡。与其他人畜共患冠状病毒一样，SARS-CoV-2病毒表面具有刺突（S）糖蛋白，它通过与受体细胞表面的人血管紧张素转换酶II（hACE2）结合，进入细胞并感染。S蛋白不断地发生突变，其与hACE2受体的亲和力增加，增强了其感染性和传播能力。其中D614G突变株是目前SARS-CoV-2病毒的主体，D614G突变株在病毒感染过程中与hACE2受体结合效率明显提高。近期，在伦敦发现的具有大量突变基因的新型SARS-CoV-2变异株B.1.1.7，在全球范围内迅速传播。B.1.1.7的S蛋白与hACE2受体的亲和力提高了1000倍，比之前发现的SARS-CoV-2的传播能力高出70%。

自COVID-19爆发以来，疫苗受到广泛关注。目前，全球处于研发阶段的SARS-CoV-2疫苗有160多种，其中4种疫苗已经获得临床批准，包括mRNA疫苗（BNT162和mRNA-1273）、病毒载体疫苗（ChAdOx1-2）和灭活病毒疫苗（BBIBP-CorV），它们为抗击COVID-19带来曙光。目前的疫苗主要通过产生S蛋白表面的中和抗体来保护宿主免受感染。然而，S蛋白的突变可能会降低这些疫苗的有效性。例如，接种了Moderna（mRNA-1273）或Pfizer-BioNTech（BNT162b2）疫苗志愿者的血清对南非突变株（B.1.351）的中和活性明显降低。因此，开发能够高效快速预防SARS-CoV-2突变株感染的新策略十分紧迫。

苏州大学刘庄教授和陈倩教授以及上海市肺科医院杨洋教授团队合作开发了一种可吸入的含hACE2的纳米捕获剂很好的解决了上述问题。众所周知，SARS-CoV-2病毒通过hACE2受体感染宿主，该研究团队设计了含hACE2的纳米捕获剂（nanocatchers, NCs），其通过与宿主细胞竞争结合SARS-CoV-2病毒来保护宿主细胞免受感染，因此病毒中和效果不受S蛋白突变的影响，并且不同的病毒突变株均有效。

图1. 纳米捕获剂（NCs）的制备示意图（A）；NCs的形貌表征（B）；NCs体外的假病毒中和效果（C）. 图片来源：PNAS

该团队通过引入黏膜黏附辅料透明质酸（hyaluronic acid, HA）可以显著延长纳米捕获剂在肺组织中的滞留，增强病毒抑制作用。此外，现有疫苗运输和存储条件苛刻，且现有疫苗生产力有限，不能在短期满足大量接种要求。通过冷冻保护剂蔗糖（sucrose）的引入，显著提高了纳米捕获剂储存过程中的稳定性和运输的便利性，从而大大增加了其临床应用的可行性。

图2. 黏膜黏附辅料（HA）增强NCs肺部滞留（A与B）；NCs-HA-sucrose冻干粉的使用示意图（C与D）。图片来源：PNAS

上述纳米捕集剂在保护小鼠肺组织免受SARS-CoV-2病毒感染中显示出良好的效果。因此，通过吸入纳米捕获剂/冷冻保护剂/黏膜黏附辅料气溶胶，可以无创、高效的保护肺组织免受SARS-CoV-2假病毒的感染。

图3. 体内假病毒的中和效果。图片来源：PNAS

这一成果近期发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 上，文章的第一作者是苏州大学博士后张晗。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Inhalable nanocatchers for SARS-CoV-2 inhibition

Han Zhang, Wenjun Zhu, Qiutong Jin, Feng Pan, Jiafei Zhu,  View ORCID ProfileYanbin Liu, Linfu Chen, Jingjing Shen, Yang Yang, Qian Chen, and Zhuang Liu

PNAS, 2021, 118, e2102957118, DOI: 10.1073/pnas.2102957118

导师介绍

刘庄

https://www.x-mol.com/university/faculty/18393 

陈倩

https://www.x-mol.com/university/faculty/80057