當前，幾乎所有的疫苗都是通過對病毒進行“改頭換面”獲得的。而新研究則用特殊材料給活體病毒套個“殼兒”，在體內(nèi)定點形成“免疫微工廠”，在鎖住病毒的同時，安全、高效地激活免疫反應(yīng)，形成免疫記憶。
浙江大學化學系唐睿康教授聯(lián)合該校求是高等研究院王曉雨副研究員和中國人民解放軍軍事科學院軍事醫(yī)學研究院生物工程研究所侯利華研究員提出，用特殊材料給活體病毒套個“殼兒”，在體內(nèi)定點形成“免疫微工廠”，在鎖住病毒的同時，安全、高效地激活免疫反應(yīng)，形成免疫記憶。相關(guān)研究論文近日發(fā)表于《自然·生物醫(yī)學工程》。
聯(lián)合團隊將野生型寨卡病毒(Zika virus)直接裝入一種殼聚糖水凝膠中，并將這種“即插即用”型復合水凝膠命名為Vax。在動物實驗中，接種了Vax的600多只小鼠全部抵御住了寨卡病毒的致命攻擊。該成果有望成為下一代疫苗技術(shù)的候選路線，可縮短疫苗的研發(fā)時間，更迅速、有效地保衛(wèi)人類健康。
就地變成“免疫微工廠”
病毒感染人體后，可引起人體免疫反應(yīng)。首先引起的是非特異性免疫，這種免疫反應(yīng)天然存在于人體，針對一切入侵的異體物質(zhì)。這包括病毒入侵部位的屏障作用、吞噬細胞的吞噬作用等，在病毒侵入和感染早期(尤其是特異性免疫反應(yīng)尚未形成前)，非特異性免疫對防止病毒入侵、殺滅和清除病毒、終止感染，起著主要的免疫作用。人體還能產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)。特異性免疫反應(yīng)包括體液免疫反應(yīng)(人體B細胞受抗原刺激產(chǎn)生的特異性抗體反應(yīng))和細胞免疫反應(yīng)(人體受抗原刺激后，免疫活性細胞如T細胞、K細胞等產(chǎn)生的免疫反應(yīng))。
對免疫系統(tǒng)來說，疫苗就像一套仿真“模擬題”，使機體通過預先演練，形成免疫記憶。當有真正的病毒入侵時，機體就會被喚起免疫記憶，識別并消滅它們。
當前，幾乎所有的疫苗都是通過對病毒進行“改頭換面”獲得的。比如，用滅活或減活的病毒，或者具有抗原決定簇的病毒蛋白，或能進入細胞制造抗原的核酸來觸發(fā)機體的免疫反應(yīng)。
疫苗的有效性與“模擬題”的仿真程度密切相關(guān)。“那么，免疫系統(tǒng)能否做一做‘真題’?我們想將活病毒直接裝配在材料上，制成疫苗，以期更有效地激活非特異性免疫。”唐睿康說。
但要實現(xiàn)這一設(shè)想存在兩項挑戰(zhàn)：第一是安全性，病毒不能有絲毫泄漏;第二是有效性，這一路線是否真能有效激活免疫應(yīng)答。為此，聯(lián)合團隊花了5年多時間進行了研究。
該研究的核心策略是用材料把病毒困住，不讓病毒自由遷移。“殼聚糖水凝膠通過靜電作用吸附病毒顆粒，能像牢籠一樣把病毒困住。”王曉雨介紹。
病毒進入身體的第一目標是找到宿主細胞，免疫系統(tǒng)必須盡早識別并清除它們，讓機體免于感染。“這一過程好比警匪追逐，但時空上的錯位為病毒逃逸提供了空間。”王曉雨說，Vax試圖扭轉(zhuǎn)這一時空格局，自帶牢籠，把病毒牢牢固定在材料內(nèi)部，招募免疫細胞“上門”，就地變成一座“免疫微工廠”。
動物實驗中展現(xiàn)出色保護力
在完成一系列概念性驗證和預實驗的基礎(chǔ)上，聯(lián)合團隊在P2實驗室開展了關(guān)于寨卡病毒的動物實驗。寨卡病毒是曾在巴西等國肆虐的一種較為兇險的RNA病毒，至今沒有針對性的疫苗。
5年間，聯(lián)合團隊先后完成了對600多只實驗小鼠的飼養(yǎng)、接種、攻毒、觀察、解剖、檢驗與分析。他們將寨卡病毒裝配到殼聚糖水凝膠中，并注射到小鼠的皮下。論文第一作者、浙江大學博士生郝海斌介紹，接種了Vax的小鼠全部抵御了寨卡病毒的攻擊，沒有發(fā)生一例感染，Vax展現(xiàn)了出色的保護力。
就像釣魚時打窩用的餌料可以吸引魚群咬鉤。殼聚糖水凝膠中的鈣納米顆粒可以起到高效的招募作用，幾天內(nèi)，大量巨噬細胞、樹突狀細胞等免疫細胞就會聚集在Vax周圍。
在實驗中，研究人員觀察到Vax內(nèi)部的免疫細胞的表面表達了更多的抗原識別受體，抗原識別受體能夠提高免疫細胞吞噬抗原的能力。
“這說明非特異性免疫的‘開關(guān)’被打開了，免疫細胞達到了最佳工作狀態(tài)。”王曉雨說。在這座“免疫微工廠”里，免疫細胞對病毒進行吞噬、降解、取樣，并將“樣本”呈遞給T細胞，改善了交叉呈遞。
Vax注入小鼠體內(nèi)7天左右，淋巴細胞的生發(fā)中心產(chǎn)生了針對病毒的特異性抗體和B細胞。顯然，它們已經(jīng)成功接收了免疫細胞報送的“敵情”。
在實驗中，郝海斌需要在小鼠的各個臟器與組織中搜尋病毒的核酸信息，確保沒有發(fā)生病毒泄漏。“各個臟器都沒有病毒的蹤跡。28天后，注射部位Vax內(nèi)部的核酸信息也檢測不到了。”郝海斌說。
機體的免疫是由非特異性免疫和特異性免疫相互密切配合完成的。“經(jīng)典的疫苗設(shè)計思路更關(guān)注特異性免疫，也就是特異性抗體的產(chǎn)生。”王曉雨說，而Vax是在可控的微環(huán)境中調(diào)動非特異性免疫，也能“遠程”調(diào)節(jié)特異性免疫。
兩道防線確保安全可控
“安全性是我們考慮的重中之重，病毒不允許有絲毫的泄漏。對于疫苗來說，即使是99%的安全性也意味著100%的不安全。”唐?？嫡f。
王曉雨介紹，Vax的安全性是通過兩道防線確保的。殼聚糖水凝膠的靜電作用能將病毒牢牢吸附，這是第一道防線;Vax啟動的非特異性免疫過程定點定位在材料內(nèi)部發(fā)生，病毒會被就地清除、降解，這是第二道防線。
聯(lián)合團隊還開展了對于Vax安全性的極致檢驗：將Vax注射到乳鼠的顱腦內(nèi)，這是寨卡病毒最易感的組織。結(jié)果顯示，病毒仍然被控制在殼聚糖水凝膠內(nèi)部，沒有發(fā)生泄漏。
如今，生命科學領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生許多關(guān)于調(diào)控生命的研究與方法，基于對生命過程機制的深入理解，人類的調(diào)控手段已涵蓋小分子、大分子甚至超分子等尺度。但是對于介觀尺度材料如何參與生命的調(diào)控，人類還知之甚少。
此次研究表明，將材料與病毒裝配，可在體內(nèi)實現(xiàn)對免疫過程的調(diào)控。
“Vax可以看成是機體內(nèi)的一個額外‘器官’，它調(diào)控了生命的過程。”唐?？嫡f，希望Vax會成為一種通用的疫苗技術(shù)，只要得到純化的病毒，就能批量生產(chǎn)疫苗。(洪恒飛 周 煒 本報記者 江 耘)
編輯：郭成
