說到納米材料大家應(yīng)該并不陌生，但你聽過“納米疫苗”嗎？近日，科學(xué)家們已經(jīng)將納米級材料作為載體，應(yīng)用到研發(fā)新冠疫苗中。目前，一款馬賽克蛋白質(zhì)納米疫苗即將問世，有望對抗威脅全球健康的未來SARS-CoV-2變體和SARS樣β冠狀病毒。
冠狀病毒是自然界廣泛存在的一大類病毒，也是目前已知RNA病毒中基因組較大的病毒。2019新型冠狀病毒（2019-nCoV/SARS-CoV-2）是目前已知的第7種可以感染人類的冠狀病毒，其余6種分別是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus）和MERS-CoV（Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus）。β冠狀病毒是指包括那些導(dǎo)致SARS、MERS和SARS-CoV-2的病毒，是感染人類和動物的冠狀病毒的一個子集。
2022年7月5日，美國加州理工學(xué)院和英國牛津大學(xué)合作在期刊Science以“first release”形式發(fā)表了一篇題為“Mosaic RBD nanoparticles protect against challenge by diverse sarbecoviruses in animal models”的研究論文。研究團隊稱正開發(fā)一種名為“Mosaic-8”的多功能疫苗，可保護人們免受新冠病毒未來變種、SARS、MERS等冠狀病毒新毒株的影響。
圖1 研究成果（圖源：[1]）
Mosaic-8：8種不同的SARS樣冠狀病毒的刺突結(jié)構(gòu)域組成的疫苗
據(jù)悉，“Mosaic-8”疫苗使用了包括新冠病毒在內(nèi)的8種冠狀病毒毒株的60個片段。研究人員將8種冠狀病毒的刺突結(jié)構(gòu)片段附著在由蛋白質(zhì)納米級顆粒組成的疫苗上。這種納米級顆粒上附著帶有標記的病毒蛋白，當(dāng)疫苗注射到動物體內(nèi)時，納米粒子疫苗會將這些病毒片段呈現(xiàn)給免疫系統(tǒng)，刺激免疫系統(tǒng)識別并產(chǎn)生抵抗特定病原體的蛋白質(zhì)，從而激活T淋巴細胞和先天免疫細胞的免疫反應(yīng)。數(shù)據(jù)顯示，接種了此種馬賽克納米粒子的小鼠不僅可以免受8種病毒的侵害，而且還可以免受2002年和2004年爆發(fā)的SARS以及SARS-CoV病毒的侵害。
為了進一步觀察 “Mosaic-8”的有效性，該團隊對小鼠進行了三組實驗。第一組為對照組，他們只給小鼠接種了沒有任何病毒碎片附著的納米顆?；\結(jié)構(gòu)；第二組小鼠被注射一種僅覆蓋SARS-CoV-2 RBD（Receptor bind domain）的同型納米顆粒；第三組注射一種名為“Mosaic-8”的納米顆粒。實驗中使用的小鼠經(jīng)過基因改造，可以表達人類ACE2受體（注：ACE2受體是新冠病毒和相關(guān)病毒在感染人類細胞時的相關(guān)受體）。
圖2 “Mosaic-8”疫苗由來自8種不同病毒的RBD組成（圖源：[1]）
研究人員發(fā)現(xiàn)如下：
1、接種了裸納米顆粒結(jié)構(gòu)的小鼠在感染SARS-CoV或SARS-CoV-2時死亡；
2、接種了只包裹有SARS-CoV-2 RBD的同型納米顆粒的小鼠對SARS-CoV-2感染有保護作用，但在暴露于SARS-CoV時感染死亡。該項結(jié)果間接表明，目前正在多國開發(fā)的同型SARS-CoV-2納米顆粒疫苗可能對SARS-CoV-2有效，但可能不能廣泛地保護來自動物宿主的其他SARS樣β冠狀病毒或未來的SARS-CoV-2變種；
圖3 Mosaic-8的廣泛保護作用（圖源：[1]）
3、接種了“Mosaic-8”納米顆粒的小鼠在被暴露于SARS-CoV-2和SARS-CoV的挑戰(zhàn)中都順利存活下來，并且未出現(xiàn)體重下降或其他顯著的病理變化。
研究人員證實，該疫苗能在擁有類人細胞受體的基因工程小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)“廣譜”抗體，以靶向冠狀病毒的“刺突蛋白”。那么對于靈長類動物的效果如何呢？我們繼續(xù)來了解一番。
對非人靈長類動物同樣有效，可防范未來變種
隨后，為了驗證和觀察該疫苗在靈長類動物中的效果，研究團隊進一步在非人靈長類動物身上進行了類似實驗，直接比較接種“Mosaic-8”疫苗與未接種疫苗的效果。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接種了“Mosaic-8”后，并未在暴露于SARS-CoV-2或SARS-CoV的動物中檢測出病毒感染。此項結(jié)果再次表明“Mosaic-8”候選疫苗有可能對導(dǎo)致COVID-19大流行的當(dāng)前和未來的病毒變體起到保護作用，或能防止未來SARS樣β冠狀病毒從動物宿主中潛在的病毒溢出。
圖4 Mosaic-8b免疫誘導(dǎo)的中和抗體（圖源：[1]）
下一步，研究主導(dǎo)人Pamela J. Bjorkman教授將帶領(lǐng)小組成員，在由流行病防范倡議聯(lián)盟（Coalition for Epidemic Preparedness Innovations，CEPI）支持的一期臨床試驗中評估此款納米疫苗的安全性與有效性。臨床試驗將主要招募接種過疫苗和/或以前感染過SARS-CoV-2的人群。同時，為了提前做好臨床試驗準備，Bjorkman實驗室正計劃進行臨床前動物模型實驗，以比較先前接種過新冠疫苗動物的免疫反應(yīng)與對SARS-CoV-2感染或疫苗接種不敏感動物的免疫反應(yīng)。
CEPI的執(zhí)行官Richard J. Hatchett博士表示:“自大流行一開始，我們就討論了疫苗開發(fā)多樣化的必要性，此項新研究的突破展示了尋求新疫苗平臺的巨大潛力，為克服未來新冠的變異毒株帶來了希望。我很高興地宣布，CEPI將全力支持，協(xié)助開展該款疫苗的第一階段臨床試驗”。
新冠病毒變異不斷，“泛”冠狀病毒疫苗勢在必行
三年來，新冠病毒不斷出現(xiàn)新的變種，讓我們對冠狀病毒的“善變”深有體會。沒有人能預(yù)測什么時候又會有新的冠狀病毒在人類社會中造成大流行，但研發(fā)一款能在未來應(yīng)對各種冠狀病毒的疫苗或許可以更好地保護我們。
Bjorkman教授表示，“事實證明，SARS-CoV-2已經(jīng)證明自己有能力制造新的毒株變種，從而延長全球COVID-19大流行的時間。此外，在過去20年里，三種β冠狀病毒已經(jīng)成功從動物宿主傳染到人類。因為我們無法預(yù)測，那些隱藏在動物體內(nèi)的大量病毒，哪些會通過成功進化，又再次感染人類。而這每一次感染都有可能導(dǎo)致另一場席卷全球的大流行。我們正努力嘗試的是研發(fā)一種一體化疫苗，不管哪種動物傳染的病毒或是病毒進化到什么程度，都可抵御類似SARS的β冠狀病毒。這種疫苗不僅可預(yù)防SARS-CoV-2的當(dāng)前變種，甚至可以預(yù)測未來變種，無需更新便可實現(xiàn)一勞永逸的效果。這些事實都表明，生產(chǎn)具有廣泛保護性的疫苗事關(guān)重大且迫在眉睫。
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