浙江大学化学系唐睿康教授联合该校求是高等研究院王晓雨副研究员和中国人民解放军军事科学院军事医学研究院生物工程研究所侯利华研究员提出，用特殊材料给活体病毒套个“壳儿”，在体内定点形成“免疫微工厂”，在锁住病毒的同时，安全、高效地激活免疫反应，形成免疫记忆。相关研究论文近日发表于《自然·生物医学工程》。

 

　　联合团队将野生型寨卡病毒(Zika virus)直接装入一种壳聚糖水凝胶中，并将这种“即插即用”型复合水凝胶命名为Vax。在动物实验中，接种了Vax的600多只小鼠全部抵御住了寨卡病毒的致命攻击。该成果有望成为下一代疫苗技术的候选路线，可缩短疫苗的研发时间，更迅速、有效地保卫人类健康。

 

　　就地变成“免疫微工厂”

 

　　病毒感染人体后，可引起人体免疫反应。首先引起的是非特异性免疫，这种免疫反应天然存在于人体，针对一切入侵的异体物质。这包括病毒入侵部位的屏障作用、吞噬细胞的吞噬作用等，在病毒侵入和感染早期(尤其是特异性免疫反应尚未形成前)，非特异性免疫对防止病毒入侵、杀灭和清除病毒、终止感染，起着主要的免疫作用。人体还能产生特异性免疫反应。特异性免疫反应包括体液免疫反应(人体B细胞受抗原刺激产生的特异性抗体反应)和细胞免疫反应(人体受抗原刺激后，免疫活性细胞如T细胞、K细胞等产生的免疫反应)。

 

　　对免疫系统来说，疫苗就像一套仿真“模拟题”，使机体通过预先演练，形成免疫记忆。当有真正的病毒入侵时，机体就会被唤起免疫记忆，识别并消灭它们。

 

　　当前，几乎所有的疫苗都是通过对病毒进行“改头换面”获得的。比如，用灭活或减活的病毒，或者具有抗原决定簇的病毒蛋白，或能进入细胞制造抗原的核酸来触发机体的免疫反应。

 

　　疫苗的有效性与“模拟题”的仿真程度密切相关。“那么，免疫系统能否做一做‘真题’？我们想将活病毒直接装配在材料上，制成疫苗，以期更有效地激活非特异性免疫。”唐睿康说。

 

　　但要实现这一设想存在两项挑战：第一是安全性，病毒不能有丝毫泄漏；第二是有效性，这一路线是否真能有效激活免疫应答。为此，联合团队花了5年多时间进行了研究。

 

　　该研究的核心策略是用材料把病毒困住，不让病毒自由迁移。“壳聚糖水凝胶通过静电作用吸附病毒颗粒，能像牢笼一样把病毒困住。”王晓雨介绍。

 

　　病毒进入身体的第一目标是找到宿主细胞，免疫系统必须尽早识别并清除它们，让机体免于感染。“这一过程好比警匪追逐，但时空上的错位为病毒逃逸提供了空间。”王晓雨说，Vax试图扭转这一时空格局，自带牢笼，把病毒牢牢固定在材料内部，招募免疫细胞“上门”，就地变成一座“免疫微工厂”。

 

　　动物实验中展现出色保护力

 

　　在完成一系列概念性验证和预实验的基础上，联合团队在P2实验室开展了关于寨卡病毒的动物实验。寨卡病毒是曾在巴西等国肆虐的一种较为凶险的RNA病毒，至今没有针对性的疫苗。

 

　　5年间，联合团队先后完成了对600多只实验小鼠的饲养、接种、攻毒、观察、解剖、检验与分析。他们将寨卡病毒装配到壳聚糖水凝胶中，并注射到小鼠的皮下。论文第一作者、浙江大学博士生郝海斌介绍，接种了Vax的小鼠全部抵御了寨卡病毒的攻击，没有发生一例感染，Vax展现了出色的保护力。

 

　　就像钓鱼时打窝用的饵料可以吸引鱼群咬钩。壳聚糖水凝胶中的钙纳米颗粒可以起到高效的招募作用，几天内，大量巨噬细胞、树突状细胞等免疫细胞就会聚集在Vax周围。

 

　　在实验中，研究人员观察到Vax内部的免疫细胞的表面表达了更多的抗原识别受体，抗原识别受体能够提高免疫细胞吞噬抗原的能力。

 

　　“这说明非特异性免疫的‘开关’被打开了，免疫细胞达到了最佳工作状态。”王晓雨说。在这座“免疫微工厂”里，免疫细胞对病毒进行吞噬、降解、取样，并将“样本”呈递给T细胞，改善了交叉呈递。

 

　　Vax注入小鼠体内7天左右，淋巴细胞的生发中心产生了针对病毒的特异性抗体和B细胞。显然，它们已经成功接收了免疫细胞报送的“敌情”。

 

　　在实验中，郝海斌需要在小鼠的各个脏器与组织中搜寻病毒的核酸信息，确保没有发生病毒泄漏。“各个脏器都没有病毒的踪迹。28天后，注射部位Vax内部的核酸信息也检测不到了。”郝海斌说。

 

　　机体的免疫是由非特异性免疫和特异性免疫相互密切配合完成的。“经典的疫苗设计思路更关注特异性免疫，也就是特异性抗体的产生。”王晓雨说，而Vax是在可控的微环境中调动非特异性免疫，也能“远程”调节特异性免疫。

 

　　两道防线确保安全可控

 

　　“安全性是我们考虑的重中之重，病毒不允许有丝毫的泄漏。对于疫苗来说，即使是99%的安全性也意味着100%的不安全。”唐睿康说。

 

　　王晓雨介绍，Vax的安全性是通过两道防线确保的。壳聚糖水凝胶的静电作用能将病毒牢牢吸附，这是第一道防线；Vax启动的非特异性免疫过程定点定位在材料内部发生，病毒会被就地清除、降解，这是第二道防线。

 

　　联合团队还开展了对于Vax安全性的极致检验：将Vax注射到乳鼠的颅脑内，这是寨卡病毒最易感的组织。结果显示，病毒仍然被控制在壳聚糖水凝胶内部，没有发生泄漏。

 

　　如今，生命科学领域已经产生许多关于调控生命的研究与方法，基于对生命过程机制的深入理解，人类的调控手段已涵盖小分子、大分子甚至超分子等尺度。但是对于介观尺度材料如何参与生命的调控，人类还知之甚少。

 

　　此次研究表明，将材料与病毒装配，可在体内实现对免疫过程的调控。

 

　　“Vax可以看成是机体内的一个额外‘器官’，它调控了生命的过程。”唐睿康说，希望Vax会成为一种通用的疫苗技术，只要得到纯化的病毒，就能批量生产疫苗。