对Covid-19疫苗开发的纳米材料路径

从进入临床试验的信使rna疫苗，到基于肽的疫苗，再到利用分子养殖规模生产疫苗，COVID-19大流行正将新的和正在出现的纳米技术推向前沿和头条新闻。

UC San Diego细节的Nanoengineers当前的方法到Covid-19疫苗开发并突出纳米技术如何在审查文章中启用这些进步自然纳米技术7月15日公布。

“纳米技术发挥着重要作用疫苗设计，由加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授妮可·斯坦梅茨领导的研究人员写道。Steinmetz也是加州大学圣地亚哥分校纳米免疫工程中心的创始主任。纳米材料是传递抗原、充当辅助平台和模拟病毒结构的理想材料。首批进入临床试验的候选药物基于新型纳米技术，有望产生重大影响。”

Steinmetz领导国家科学基金会资助努力开发使用植物病毒 - 一种稳定的，易于制造的Covid-19疫苗补丁，可以在世界各地发货，并因患者而无痛的自我管理。疫苗本身和微针补丁交付平台依赖纳米技术。该疫苗落入下面描述的基于肽的方法。

“从疫苗技术开发的角度来看，这是一个激动人心的时光，新颖的技术和方法是第一次提出临床影响。例如，迄今为止，没有MRNA疫苗已被临床批准，但现代现代的MRNA疫苗Covid-19技术正在进行头部，是第一个在美国进入临床测试的疫苗。“

截至6月1日，开发中有157名Covid-19疫苗候选者，临床试验中有12个。

“有许多纳米技术平台技术对抗SARS-COV-2的应用;虽然高度有希望，但其中许多可能是几年的部署，因此可能不会对SARS-COV-2大流行产生影响”Steinmetz写道。“然而，由于Covid-19的毁灭性，它可以作为科学界，资助机构和利益攸关方的推动，以便为平台技术制定更加集中的努力，以便为未来流行病提供准备的国家，”斯坦比尔兹写道。

为了减轻当代疫苗的一些缺点——即病毒本身的减毒活毒株或灭活毒株——纳米技术的进步使若干类型的下一代疫苗成为可能，包括:

基于肽的疫苗:通过结合抗体和患者血清的信息学和免疫学研究，已经鉴定了SARS-CoV-2 S蛋白的各种B-和t细胞表位。随着时间的推移，COVID-19恢复期患者的血清中筛选出中和抗体，实验衍生的肽表位将确定有用的表位区域，从而为第二代SARS-CoV-2肽疫苗提供更理想的抗原。美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)最近在这方面资助了拉霍亚免疫研究所(La Jolla Institute for Immunology)。

基于肽的方法代表最简单的疫苗形式，易于设计，容易验证和快速制造。肽基疫苗可以配制成肽加上佐剂混合物或肽可以通过合适的纳米载体递送或通过核酸疫苗制剂编码。几种基于肽的疫苗以及肽 - 纳米颗粒缀合物是临床试验和靶向慢性疾病和癌症的发育，并且剑桥/ Diosynvax的肿瘤和大学在其Covid -19疫苗制剂中使用S蛋白的免疫信息衍生肽序列。

肽疫苗的一种纳米技术的纳米技术是来自噬菌体和植物病毒的颗粒（VLP）等病毒。虽然非传染对哺乳动物，但这些VLP模仿与病原体相关的分子模式，使它们对免疫系统高度可见。这允许VLP不仅可以作为交付平台而且也可以作为佐剂。VLP通过抗原呈递细胞增强病毒抗原的摄取，并且它们提供了额外的免疫刺激，导致随后的活化和扩增随后的免疫应答。Steinmetz和Jon Pokorski教授获得了NSF快速研究响应授权，以从植物病毒开发肽的Covid-19疫苗。他们的方法使用感染豆类的豇豆镶嵌病毒，将其视为SARS-COV-2，并将抗原肽编织在其表面上，这将刺激免疫应答。

他们的方法，以及其他基于植物的表达系统，可以通过分子农业很容易地扩大规模。在分子农业中，每一株植物都是一个生物反应器。种植的植物越多，生产的疫苗就越多。Medicago在一个月内生产了1000万剂流感疫苗，这证明了该平台的速度和可扩展性。在2014年的埃博拉疫情中，患者使用ZMapp治疗，这是一种通过分子养殖生产的抗体鸡尾酒。分子农业生产成本低，而且更安全，因为人类病原体不能在植物细胞中复制。

基于核酸的疫苗：用于快速新兴的病毒感染和遗漏，如Covid-19，快速发展和大规模部署疫苗是亚基疫苗可能不实现的危急需求。为原位生产病毒蛋白提供遗传密码是传统疫苗方法的有希望的替代方案。DNA疫苗和mRNA疫苗都属于此类别，正在Covid-19大流行的背景下追求。

* DNA疫苗由小型细菌质粒的小圆形细菌质粒组成，所述细菌质粒被设计成靶向核机械并在下游的SARS-COV-2产生蛋白质。

*另一方面，mRNA疫苗，基于递送到宿主细胞机制的细胞质中的设计者-mRNA转化为蛋白质 - 在这种情况下，SARS-COV-2的全长S蛋白。可以通过体外转录来生产mRNA疫苗，这排除了对细胞及其相关的监管障碍的需求

虽然DNA疫苗对mRNA疫苗提供更高的稳定性，但mRNA是非整合的，因此没有造成插入诱变的风险。另外，可以通过建立的修改来调整mRNA的半衰期，稳定性和免疫原性。

几种使用DNA或RNA的COVID-19疫苗正在研发中:Inovio Pharmaceuticals正在进行一项I期临床试验，Entos Pharmaceuticals正在进行一项使用DNA的I期临床试验。Moderna以mRNA为基础的技术是最快进入美国I期临床试验的技术，该试验于3月16日开始，BioNTech-Pfizer最近宣布在德国监管部门批准进行1/2期临床试验，以测试4种候选先导mRNA。

亚基疫苗：亚单位疫苗仅使用致病病毒的最小结构元素，该病毒的素质保护性免疫 - 病毒本身或组装VLP的蛋白质。亚基疫苗还可以使用从病原体本身衍生的非传染性VLP作为抗原。这些VLP缺乏遗传物质，并保留病原体的一些或全部结构蛋白，从而模仿传染性病毒的免疫原性拓扑特征，并且可以通过重组表达和通过发酵或分子施加来缩放来制备。开发人员之间的Frontrunners是在2020年5月25日发起了一期I / II审判的Novavax。此外，Sanofi Pasteur / GSK，Vaxine，Johnson＆Johnson和Pittsburgh大学宣布他们希望在下一个临床试验开始阶段几个月。其他包括三叶草生物制药和昆士兰州大学，澳大利亚独立开发亚单位疫苗，分别使用分子钳技术和三聚标签技术呈现S蛋白的预防三聚体确认。

交付设备开发

最后，这组科学家指出，纳米技术对COVID-19疫苗开发的影响并不仅限于疫苗本身，而是通过开发用于管理疫苗的设备和平台而延伸。从历史上看，由于减毒活疫苗和灭活疫苗需要不断冷藏，以及在需要疫苗的地方卫生保健专业人员不足，这一问题变得更加复杂。“最近,现代替代品来光分布和访问等挑战,如单剂缓释植入和microneedle-based补丁可以降低对冷链的依赖,确保疫苗甚至在合格的卫生保健专业人员很少的情况下或在高需求,”研究人员写道。“基于微针的贴片甚至可以自我管理，这将极大地加快此类疫苗的推出和传播，并减轻医疗系统的负担。”

Pokorski和Steinmetz正在与他们共同开发微针送货平台植物病毒Covid-19疫苗两种原因。

“研究人员写道，”生物/纳米技术和先进的纳米技术和先进的纳米制造奠定了开放式报告和数据分享的基础，为创新的疫苗技术进行了快速发展，为Covid-19大流行产生了影响。““这些平台技术中的一些可以作为即插即用技术，可以定制到季节性或新冠状动脉的新菌株。Covid-19港口可能成为季节性疾病，强调持续投资冠状病毒疫苗的需求。”

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