2021-11-05 17:53

纳米医学向抗击新冠肺炎迈出了一大步

最近的一篇社论讨论了科学创新的巨大成就,利用纳米技术平台开发了基于信使RNA (mRNA)的疫苗,将特定的SARS-CoV-2病毒蛋白质的基因序列传递到宿主细胞中。这类新的基于基因的疫苗不同于传统的疫苗模型,传统的疫苗模型通常使用完整的病毒——无论是减毒活病毒、灭活病毒,还是与目标病原体非常相似的工程病毒,以引起所需的免疫反应。

在为全球人口成功接种SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2)感染疫苗的竞赛中,不是一种而是两种基于rna的疫苗已经完成了临床试验的最后阶段,目前正在等待监管机构的批准。在美国,授予最终批准印章的机构是食品和药物管理局(FDA);一旦获得批准,就可以开始大规模分发和接种疫苗。

Double-stranded DNA is copied into single-stranded messenger RNA in a trans<em></em>cription. Image Credit: Soleil Nordic

批准候选疫苗的过程

一旦疫苗设计出来,它们在进入市场之前要经历几个严格的测试和批准阶段:首先,它们进入临床前测试,在细胞培养和动物身上进行;然后2)进入第一阶段的临床试验,在一小部分人类志愿者中进行;3)在第二阶段扩大人体试验,通常有数百名参与者,包括儿童和老人;3阶段试验的目的是确定疫苗的免疫原性有效性和安全性,通常需要数万名志愿者参与;最后,研究人员将临床试验的结果提交给公共卫生机构(如美国食品和药物管理局),由后者仔细审查数据,判断疫苗是否足够有效和安全,适合广泛传播。

信使rna的候选人

2020年11月,两家生物技术巨头——辉瑞和Moderna——推出了潜在的2019冠状病毒病(COVID-19)疫苗候选产品,并宣布了各自临床试验的有希望的结果。这些候选疫苗——都是一类基于信使RNA (mRNA)的新疫苗——可能成为针对SARS-CoV-2感染的首个有效预防性药理学措施。

BNT162b2是与德国小型初创公司Biontech(生物制药新技术)和美国大型制药公司辉瑞合作开发的疫苗。他们的临床试验结果表明,对SARS-CoV-2感染的有效性为95%。它也符合所有主要疗效点,跨越年龄、性别、种族和民族人口统计。

另一种疫苗,mRNA-1273,是由位于马萨诸塞州剑桥市的生物技术公司Moderna, Inc.与美国国立卫生研究院(NIH)下属的国家过敏和传染病研究所(NIAID)合作开发的。该疫苗的有效性为94.5%。

这两种候选疫苗是由信使rna制成的,信使rna含有构建刺突蛋白的信息,而刺突蛋白对冠状病毒进入宿主细胞至关重要。BNT162b2和mRNA-1273编码SARS-CoV-2刺突蛋白的遗传变异;它比天然蛋白更稳定,更具有免疫原性。它们进入宿主细胞,使宿主细胞产生这些刺突蛋白。一旦被内吞并转化为抗原蛋白,免疫系统机制就会启动,产生中和抗体,如果一个人暴露在病原体中,就可以针对新冠病毒的刺突蛋白。

为了信使rna的安全传递,需要一个完美的载体。信使rna转运体必须通过细胞质膜进入细胞质,而在循环中不被降解。脂质纳米颗粒是信使rna载体的最佳选择之一。在这些带正电的脂质中,mrna对rnase介导的降解是安全的。以自组装病毒大小的颗粒的形式,它也变得容易通过不同的途径管理。

基于mrna的治疗具有巨大的优势:1)与活病毒相比,传递是安全的,因为它不具有传染性,而且不像基于dna的传递那样整合到宿主基因组中;2) mRNA的处理过程发生在细胞质中,因此它不需要进入细胞核;3) mRNA半衰期短,可被分子设计调控;4)它是免疫原性的(它能有效地引起宿主产生免疫所需的强大免疫反应)。此外,它的免疫原性可以利用分子工程技术进行调节。

这里的一个重大挑战是后勤障碍:信使rna不稳定,除非保存在深度冷冻中。对于运输、储存和本地运输,在使用前需要在零下70摄氏度(零下94华氏度)的冷藏存储。

纳米医学的一个重要里程碑

这些疫苗是纳米医学的突破性创新,是在极短的时间内实现的巨大科学成就。疫苗通常需要数年的研究才能开始临床试验。

迄今为止,涉及纳米医学的治疗方法还没有很好地转化。尤其是在癌症治疗方面,结果令人失望。这是由于对发生的复杂纳米生物相互作用的理解不足。

然而,就疫苗而言,简单、多功能和可扩展的纳米平台是纳米医学方法成功的基础。使用标准实验室技术进行工程设计的可能性意味着它们可以容易和迅速地进行改造,以生产针对未来流行病的新疫苗。

COVID-19造成了前所未有的全球健康危机。这些基于纳米医学的疫苗可能有助于缓解当前的大流行及其对全球经济和公共卫生的痛苦后果。

疫苗的成功还取决于地方管理机构的管理执行情况。第二种剂量对于有效的COVID-19疫苗计划至关重要。人们必须意识到剂量和遵守的重要性。

这两种基于纳米颗粒的疫苗即将获得美国食品和药物管理局的批准。然而,这些疫苗及其在现实世界中的结果仍存在许多问题。然而,如果取得成功,它们将有助于缓解现代历史上前所未有的全球卫生危机,展示纳米医学在全球范围内的有效应用,并提高最广泛的受众对其潜在利益的认识。

期刊引用:

纳米医学和COVID-19疫苗。(2020). https://www.nature.com/articles/s41565 https://doi.org/10.1038/s41565 - 020 - 00820 - 0 - 020 - 00820 - 0