北京
近日，中国科学院魏炜等人在《NatureCommunications》上发表了题为“Intranasal mask for protecting the respiratory tract against viral aerosols”的文章。他们设计了一种创新的鼻内面罩，它由带正电荷的热敏水导体和搭载特定病毒采集器的细胞外微囊泡组成。这种面罩能有效利用带正电荷的水导体拦截带负电荷的病毒气溶胶，同时通过囊泡捕获清除病毒。实验证明，这种鼻内面罩能够保护小鼠的鼻腔和有效抑制肺部急性呼吸综合征冠状病毒II（SARS-COV-2）和甲型流感病毒。作者通过精确的流体动力学模拟和三维打印的计算，构建了人体呼吸道模型，证明了鼻内面罩对人类的适用性，同时证明其显著降低了不同病毒变异株引起的感染风险。
传染病，尤其是COVID-19和流感，对全球公共卫生产生了巨大影响，其中COVID-19至今已导致约690万人死亡，而流感每年导致超过29万人死亡。这两种疾病的主要传播途径是通过空气中携带病毒的气溶胶进行短距离和远距离传播。虽然使用口罩是减少呼吸道感染的重要公共卫生措施，但对SARS-CoV-2变体（如Omicron）其防护效果有限，因此迫切需要制定新的策略来有效预防病毒气溶胶感染。病毒主要通过人类鼻腔进入，作者提出了在鼻腔应用能有效拦截并可能消灭病毒的新型保护层的设想。
这篇文章中，作者研发了一种创新的鼻内面罩，“MV@GEL”，由带正电荷的不可逆热敏水凝胶和含有特定病毒受体的微型囊泡（MV）组成。这种面罩能在室温下喷入鼻腔，并迅速在体温下由液态转变为凝胶态，有效延长在鼻内壁的停留时间，拦截和中和流经气流的带负电荷病毒气溶胶。
通过小鼠模型和集成的人体呼吸道模型，作者证实了MV@GEL面罩对不同变异血清型病毒气溶胶具有强大的防护效果，展示了其在人类中的巨大适用性。这种鼻内面罩具有广泛的病毒防护能力、灵活的受体工程设计以及转化潜力，在改善大流行中公共卫生防护方面具有前景。
MV@GEL作为鼻内口罩隔绝病毒气溶胶和诱捕病毒的原理图
和实验设计
作者根据细胞中捕获介导的病毒感染机制，制备了大量病毒细胞的衍生微型囊泡（MV），开始病毒诱饵。到大多数病毒的尺寸约为60纳米至140纳米，作者精心设计了这些MV，使其具有较强的病毒吸收和更大的内腔，从而促进病毒的捕获。
在制备过程中，作者首先将ACE2-试剂转染至293T细胞，筛选出在细胞膜上高度表达血管紧张素转化酶2（ACE2）的细胞系（ACE2-293T细胞）。经过ACE2抗体和相应的荧光剂二抗染色免疫后，共同聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像显示ACE2-293T细胞膜上有明显的ACE2信号，与空端子处理的WT-293T细胞相比较明显。流式细胞术进一步证实了几乎所有的ACE2-293T细胞都高度表达ACE2，为SARS-CoV-2的MV防护提供了坚实的基础。
血管紧张素转移酶II(ACE2)高表达MV的制备及其对SARS-CoV-2伪病毒(SPV)的包裹效应
上述MV@GEL系统利用热敏性和带正电荷载体的水疏水，在鼻腔中轻松拦截带负电荷的病毒气溶胶；其中嵌入的带有病毒接收器的微型囊泡（MV）能在鼻腔中保持长达8小时，并有效捕获病毒，大幅降低呼吸道病毒感染的可能性。这种“鼻内口罩”的概念能够满足一般人群日常生活中对病毒气溶胶的防护需求，并为那些不能方便佩戴口罩的人提供便利为特殊人群（如患者）提供有效保护。
此外，作者还考虑使用具有抗病毒多样性的纳米囊泡和膜细胞包裹颗粒来捕获并抑制病毒感染，特别是对于变异性相对应的病毒如奥密克戎。合理地制备了展示病毒受感染体的MV，并展示了其捕获病毒的能力，从而完全隔离病毒并降低感染风险。另外，这项研究还引入了带正支架的水介质，不仅阻断了鼻腔内的感染，还拦截了病毒气溶胶，有效阻止其进入肺部，从而大大降低了肺部感染的风险。
来源： 生命科学前沿
编辑：木木
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