“分子口罩”可以预防感染！

由新泽西理工学院的Vivek Kumar领导的多所大学组成的团队正在开发一种水凝胶疗法，作为抵御病毒和其他生物威胁的第一道防线。构成这种凝胶的肽可以防止导致COVID-19的SARS-CoV-2等病毒附着和进入细胞。它们通过与入侵病原体上的特定受体结合，同时聚集成多层“分子面罩”，从而抑制其作用。

　　

疫苗仍然是预防危险病原体的黄金标准，但需要大量时间和大量资源来开发。快速变异的病毒，如SARS-CoV-2，会削弱它们的有效性，甚至使它们过时。

为了解决这些问题，由新泽西理工学院的Vivek Kumar领导的一个多大学团队正在开发一种水凝胶疗法，作为抵御病毒和其他生物威胁的第一道防线。构成这种凝胶的肽可以防止导致COVID-19的SARS-CoV-2等病毒附着和进入细胞。它们通过与入侵病原体上的特定受体结合，同时聚集成多层“分子面罩”，从而抑制其作用。

在他们的研究过程中，研究小组发现，仅分子口罩就能预防感染。他们说，这项新技术的潜在优势在于它能够对抗各种病原体和疾病突变。

生物医学工程副教授库马尔说:“在疫情爆发的最初阶段保护人们很重要。”“我们的新机制还可以帮助前线的急救人员、遇到新型病原体的军事人员、偏远地区、资源不足地区的人们以及无法接种疫苗的人。”

近期目标是生产一种抗空气传播感染的鼻腔喷雾剂。

在最近发表在《自然通讯》杂志上的一项研究中，研究小组描述了这种口罩是如何非特异性地与目标结合的。它是由计算设计的肽(形成蛋白质的氨基酸链)组成的，这些肽可以自组装成纳米级纤维水凝胶。相比之下，疫苗产生的抗体针对特定受体，因为在大流行期间开发的mRNA疫苗与SARS-CoV-2刺突上的特定蛋白质结合。

该团队的发现源于大流行开始时对防止病毒入侵细胞的新方法的研究。最初的设计涉及针对SARS-CoV-2刺突的肽，研究了高度特异性的结构域。然而，他们设计的非特异性肽凝胶在病毒顶部形成了多层纤维。该小组假设纤维中的负电荷与病毒表面上不同电荷的蛋白质相互作用，掩盖它们，从而阻止它们与天然细胞相互作用。

对于非特异性蛋白质掩膜，库马尔指出，“它形成了一个比单个分子更大的结构和更好的结合。虽然它没有很高的特异性，但它可以自组装并在目标上停留更长时间，在表面形成纤维贴纸，就像分子维可牢一样。”

他补充说:“我们的目标是开发一种能与病毒结合的局部药物。就SARS-CoV-2而言，我们会把它喷到鼻子里，鼻子是感染的主要部位，甚至可能是预防性的。”

该团队首先通过使用强大的NVIDIA显卡(通常用于竞技游戏)的计算机模拟测试了纤维对许多病毒的抗性。库马尔实验室的博士生约瑟夫·多德-奥(Joseph Dodd-o)说，他们后来用注射和鼻腔喷雾剂在小鼠和大鼠身上进行了成功的安全性测试。他与同样是博士生的阿比舍克·罗伊(Abhishek Roy)一起进行了大部分关于这种疗法的研究。该疗法在体外抑制了SARS-CoV-2的α和Omicron变体，在体内试验中持续一天而不伤害动物。

库马尔已经开发了许多治疗应用的水凝胶。他的递送机制是可定制的，由类似乐高的肽链组成，末端附着生物活性物质，可以在体内存活数周甚至数月，而其他生物材料降解得很快。它的自组装键被设计成比身体的分散力更强;它形成稳定的纤维，没有引起炎症的迹象。

水凝胶被设计成根据附着的有效载荷触发不同的生物反应。库马尔的实验室已经发表了一系列应用研究，从促进或阻止新血管网络的形成，到减少炎症和对抗微生物。

“在这种情况下，我们使用与病原体相互作用的电荷来破坏它，”库马尔说。“我们仍在试图确定纤维是如何相互作用的:这是一种机械作用模式吗?耐药病原体在生化调节剂周围发生突变，但它们在机械矛周围发生突变的可能性更小吗?通过了解这种基本的相互作用，我们想弄清楚如何利用它来对抗不同的疾病。”

在新的研究中，该实验室正在测试这种疗法对抗耐药细菌和真菌。