截至2021年1月8日，新冠病毒（Covid-19，SARS-CoV-2）已扩散到180多个国家，在全球造成8820多万人感染和190多万人死亡。尽管全世界在药物开发方面作出了巨大努力，但治疗新冠病毒感染的安全有效的药物仍然缺乏。

01 纳米陷阱的作用

由于新冠病毒属于纳米尺度，芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员，Min Chen等人，估测基于纳米材料的治疗系统将在新冠病毒预防或治疗方面发挥至关重要的作用。他们集蛋白质工程、免疫学和纳米技术于一体，研发了一种“纳米陷阱”来捕捉和消除新冠病毒。

纳米陷阱，具有高效、生物相容性、安全、稳定和可批量生产的特点。

肺部组织抗感染测试，纳米陷阱治疗效果(右)

活病毒测试、体内体外测试表明，纳米陷阱比普通的可溶性分子陷阱或中和抗体的抗感染效果有效10倍以上。纳米陷阱可以被制成鼻喷雾剂或吸入剂，以便于给药和直接输送到呼吸系统，也可以作为口服液或滴眼液，甚至可以针对新冠病毒暴露的不同部位来进行皮下、肌肉或静脉注射，从而提供给药和治疗的灵活性。

更广泛地说，通过结合不同的小分子药物、 RNA、 DNA、肽、重组蛋白质或抗体，这种高度通用的纳米陷阱可以进一步发展成为新的疫苗和治疗手段，用以对付更多其他疾病。

研究小组通过扫描电镜、透射电镜成像、荧光示踪等手段，证实了纳米陷阱确实能有效捕捉新冠病毒、阻止其与靶细胞（病毒要攻击的人体目标细胞）结合，并吸引巨噬细胞(人体自身的免疫细胞)来吞噬病毒，从而达到治愈效果。

纳米陷阱捕捉新冠病毒模拟效果图

02 纳米陷阱的机理

新冠病毒感染靶细胞的方法，是先通过新冠病毒表面的刺突蛋白与人体细胞膜表面的ACE2蛋白结合。研究人员通过在纳米陷阱上添加许多重组ACE2蛋白和新冠病毒中和抗体，来吸引、吸附、捕获新冠病毒。纳米陷阱中高密度的重组ACE2蛋白与新冠病毒刺突蛋白结合，能有效降低新冠病毒对靶细胞的感染能力，相当于起到隔离作用。

病毒刺突(Spike)与ACE2蛋白结合

纳米陷阱表面还涂有一种磷脂丝氨酸涂层，这是一种人体细胞凋亡时，吸引巨噬细胞来吞噬自身的物质。这样一来，捕获了新冠病毒的纳米陷阱就能快速地吸引巨噬细胞前来消灭新冠病毒。

荧光示踪法展现磷脂丝氨酸(PS)吸引巨噬细胞过程

研究小组还做了多组试验，来寻找重组ACE2蛋白和磷脂丝氨酸在纳米陷阱上的最佳密度，以提升捕捉病毒、隔离病毒、吸引巨噬细胞消灭病毒这一套组合拳的威力。

03 纳米陷阱的构成

纳米陷阱由聚乳酸(PLA)核心、脂质体外壳和ACE2、磷脂丝氨酸涂层构成。研究人员设计了一系列直径为200、500、1200 nm的纳米陷阱，以达到不同的效果和作用。

PLA核心(黄色)，脂质外壳(绿色)，ACE2蛋白(红色)，冠状病毒(周围)

聚乳酸PLA核心骨架，是经过美国药监局FDA认证的安全物质，可以在人体内被降解、代谢，最终生成无害的二氧化碳和水。使用固体聚乳酸核心作为核心骨架，为纳米级薄膜涂层和表面改性提供机械稳定性、可控形态、生物降解性、表面活性。

人体的细胞膜是由磷脂构成，包裹 PLA 核心的脂质外壳能表现出与细胞膜相似的行为。脂质外壳提供了一个纳米级的平台，可以与各种各样的分子相互作用，与PLA核心和有效药用成分有良好的相容性。纳米陷阱的表面镶嵌着重组ACE2蛋白、磷脂丝氨酸，其作用已在上一段阐明，不再再次说明。

04 讨论与展望

‎具有高度传染性的新冠病毒已导致全球新冠肺炎大流行，迫切需要有效和安全的治疗。伦德西维尔虽然已被FDA批准治疗重症新冠肺炎‎，但其临床效果不一致，还有多种副作用。‎‎康复患者捐献的康复血浆在一些新冠肺炎患者中显示出临床效益，‎然而，捐赠血浆和医疗设施供应有限，这种做法面临挑战。‎‎世界上在开发疫苗、中和抗体和其他预防和治疗新冠肺炎的药物方面也进行了巨大努力。

虽然最近研制的疫苗正陆续让民众接种，但治疗新冠病毒感染的安全和有效的药物基本上缺乏。例如，纳米海绵已经开发，‎但它们不能完全抑制感染，纳米海绵必须为每个患者个性化，导致了高昂的成本。‎此外，还建议将可溶性ACE2或ACE2免疫球蛋白G（IgG）蛋白重组用于治疗，‎但众所周知，可溶性蛋白质比纳米粒子更容易降解。‎‎虽然一些现有的纳米药物已被证明可以抑制病毒进入，但‎它们不会触发任何特定的清除机制，使感染风险得不到解决。

相比之下，纳米陷阱既能抑制病毒进入细胞，又能触发病毒的噬菌体清除，展现出良好的药用效果，可能被用来治疗临床上的新冠病毒感染。‎

‎纳米陷阱的设计是高度通用的：陷阱可以修改，纳入小分子药物或蛋白质/mRNA疫苗的核心和不同的人类ACE2重组蛋白，‎人类新冠病毒中和抗体，‎或任何开发的治疗蛋白或肽都可以结合到表面，从而很容易扩展其应用，并超出我们目前的研究。因此，我们期望这种纳米医学不断发展，用于预防和治疗新冠病毒和其他感染。

来源：新材料研习社，如侵删