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“诱饵”纳米颗粒可以阻断艾滋病毒并防止感染

来源:本站原创 2020-05-13 14:43

2020年5月13日讯 /竞博杯亚洲大师赛积分谷BIOON /——加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发了一种有前途的新"纳米海绵体"方法防止艾滋病病毒在体内增殖:给聚合物纳米粒子涂上辅助T细胞的细胞膜,并将之转化成诱饵拦截病毒粒子和阻止他们结合和进入人体的免疫细胞。

这项由纳米工程教授张良方领导的纳米材料和纳米医学实验室开发的技术,可以应用于许多不同种类的病毒,为有希望对抗难以对付的病毒的新疗法打开了大门。张教授是加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院纳米工程系的教授。

图片来源:NIAID

这项研究首次发表在Advanced Materials杂志上,题为"T-Cell-Mimicking Nanoparticles Can Neutralize HIV Infectivity"。工作目前正在进行中。

张教授实验室的化学工程师兼项目副科学家Weiwei Gao说:"这里的关键创新是,我们正站在艾滋病这个大问题的另一边。传统的药物开发方法要求我们找出如何阻断病毒中的关键蛋白质或信号通路,使其不能攻击人体。问题是在这些病毒中有这么多的途径,很难找到一个真正关键的途径。

"我们的方法来自另一个方面:观察病毒的目标,纳米颗粒被病毒攻击的细胞膜包裹着。因此,它们可以作为细胞的诱饵来拦截病毒攻击。"

HIV病毒的典型目标是CD4+ T细胞;这些细胞也被称为辅助T细胞,在健康的身体中,这些细胞帮助检测外来病原体并将其作为攻击和清除的目标。艾滋病毒利用CD4受体发现并与这些T细胞表面结合,然后将它们的遗传物质注入T细胞,利用T细胞机制进行自我复制。最终,在制造了足够多的新HIV病毒后,病毒颗粒冲出细胞,寻找其他T细胞进行攻击。

艾滋病毒之所以具有如此大的破坏性,部分原因在于攻击和杀死T细胞会严重损害免疫系统,使身体更难抵御继发性感染。而且这种病毒变异迅速,改变了它的遗传密码,使得传统的抗病毒和药物发现方法难以瞄准目标。

在最初的研究中,研究人员用分离的CD4+ T细胞细胞膜包裹纳米颗粒。当这些纳米颗粒被添加到培养皿中的T细胞中并接触于病毒中时,这些被称为TNPs的纳米颗粒就像一种海绵,吸收病毒并保护T细胞不受感染。他们发现,HIV病毒与TNP结合的可能性与与T细胞结合的可能性是一样的--但由于这些纳米颗粒内部没有细胞机制,因此病毒不能注射或复制自身,因此它是无害的。

就像CD4+ T细胞一样,纳米颗粒通过病毒表面的gp120蛋白与HIV病毒结合。当TNPs以3 mg/mL的浓度加入到T细胞混合物中时,与未使用TNPs处理的细胞相比,该团队发现感染减少了80%以上。他们认为这是很有希望的证据,这些纳米颗粒可以被注入患者的血液中,吸收艾滋病病毒感染,降低感染水平,最终将其清除。

"使用TNPs治疗艾滋病还有另一个潜在的应用。体内的免疫细胞感染了艾滋病毒,但并没有产生新的病毒,而是变成了病毒的宿主。找到摧毁这些病毒库的方法是艾滋病研究人员面临的主要挑战。但是这些储存细胞也可能表达gp120,所以TNPs可以作为精确地将抗病毒药物输送到这些细胞并杀死它们的载体。"

这项工作的灵感来自于张实验室早期的红细胞研究项目。"我们的工作重点是使用纳米颗粒进行药物传递,但是纳米颗粒不会在体内循环很长时间。我们的想法是:如果我们把纳米颗粒伪装成红细胞,让身体更难识别它们是外来的,那会怎么样?红细胞的自然循环时间很长,所以如果我们可以用纳米颗粒来模拟它们,我们应该可以看到类似的循环模式。"该团队关于红细胞隐形技术的研究首次发表在2011年的PNAS上,题为"Erythrocyte membrane-camouflaged polymeric nanoparticles as a biomimetic delivery platform"。

高说,这种方法可能适用于各种各样的病原体。"许多细菌也喜欢攻击红细胞,因此,这些纳米颗粒可能会作为诱饵,阻止细菌释放毒素。或者它们可以作为诱饵对其他毒素做出反应,比如针对红细胞的神经毒剂。"

在这些TNPs用于人类患者之前,它们的道路上仍然有许多障碍。例如,他们还没有能够在活体动物模型中测试他们的TNP。

图片来源:University of California - San Diego

"因为艾滋病毒是一种人类疾病,很难在动物模型中复制它,因此,我们正与加州大学圣地亚哥分校卫生部门的儿科传染病科主任Stephen Spector博士就这个问题进行密切合作,以找出在体内测试的最佳方法。"

"我们的研究确实是概念的证明,疾病的发展在疾病的不同阶段会发生变化,病毒在体内的作用也不同,传染性和活动性也不同。与非常熟悉艾滋病病理的医生和研究人员合作,根据对这种疾病的了解来优化治疗方案,以确保纳米颗粒是最有效的治疗手段,这将是至关重要的。"

尽管如此,这项工作仍然代表着HIV治疗朝着一个令人兴奋的新方向迈出的第一步,高认为这个领域充满了可能性。他说:"这项技术的适应性很强,既适用于现有的病原体,也适用于新出现的疾病。这个平台可以克服耐药性,并且可以很容易地适应使用其他细胞膜或将其他药物或治疗方法装入纳米颗粒核心。它非常模块化,不需要为每个化合物定制设计,这可能有助于未来治疗的发展。"(竞博杯亚洲大师赛积分谷Bioon.com)

参考资料:


【2】Xiaoli Wei et al. T-Cell-Mimicking Nanoparticles Can Neutralize HIV Infectivity, Advanced Materials (2018). DOI: 10.1002/adma.201802233

【3】C.M. J. Hu et al. Erythrocyte membrane-camouflaged polymeric nanoparticles as a biomimetic delivery platform, Proceedings of the National Academy of Sciences (2011). DOI: 10.1073/pnas.1106634108
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