Nano Letters:?|?深圳先進(jìn)院研發(fā)納米材料CuInP?S? 兼具病毒捕獲與疫苗佐劑雙重功能
面對(duì)不斷出現(xiàn)的新發(fā)病毒及抗病毒藥物耐藥性挑戰(zhàn),開(kāi)發(fā)兼具廣譜抗病毒與高效免疫調(diào)控功能的納米藥物,已成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。此前,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院李洋團(tuán)隊(duì)團(tuán)隊(duì)已報(bào)道二維材料CuInP?S?(CIPS)能夠特異性結(jié)合病毒蛋白R(shí)BD,捕獲病毒發(fā)揮納米膠水作用實(shí)現(xiàn)高效抗病毒。同時(shí),CIPS捕獲病毒后可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞對(duì)病毒的清除,促進(jìn)抗病毒免疫?(Nature Nanotechnology, 2022, 17(9), 993-1003)。但具體的免疫激活機(jī)制并未深入解析。在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步系統(tǒng)揭示了CIPS基于病毒捕獲的免疫調(diào)控效應(yīng)與機(jī)制,并利用相關(guān)機(jī)制開(kāi)展了從先天免疫激活到適應(yīng)性免疫增強(qiáng)功能的研究,拓展了該材料的功能邊界,研究成果發(fā)表在Nano Letters期刊。
研究團(tuán)隊(duì)在前期工作的基礎(chǔ)上提出并完善了一種新的作用模式—CIPS依賴性細(xì)胞吞噬(CIPS-dependent cellular phagocytosis, CDCP):CIPS納米片高效結(jié)合病毒顆粒,形成“納米材料-病毒復(fù)合物”,將其轉(zhuǎn)化為更易被巨噬細(xì)胞識(shí)別的“靶標(biāo)”,從而顯著提高巨噬細(xì)胞對(duì)病毒的攝取。更重要的是,這一過(guò)程不僅直接增強(qiáng)了病毒相關(guān)成分的胞內(nèi)處理與溶酶體降解,還提升了抗原呈遞能力,為后續(xù)適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動(dòng)奠定了重要基礎(chǔ)。該機(jī)制的核心在于CIPS能夠與病毒蛋白R(shí)BD高親和力結(jié)合。這一機(jī)制不僅延續(xù)了材料本身的抗病毒特性,也進(jìn)一步強(qiáng)化了其在免疫調(diào)控中的作用。CIPS的獨(dú)特之處在于,天然具備疫苗佐劑的潛力。研究發(fā)現(xiàn),CIPS與病毒抗原(如病毒RBD蛋白)聯(lián)合使用時(shí),可顯著提升抗原提呈相關(guān)基因的表達(dá),增強(qiáng)樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的抗原提呈能力。在動(dòng)物免疫實(shí)驗(yàn)中,CIPS與RBD聯(lián)合免疫,誘導(dǎo)出顯著高于傳統(tǒng)鋁佐劑的抗原特異性IgG抗體水平,并成功激發(fā)了針對(duì)SARS-CoV-2的中和抗體反應(yīng)。RBD作為亞單位抗原通常免疫原性較弱,傳統(tǒng)佐劑難以誘導(dǎo)有效的中和抗體。CIPS的成功應(yīng)用,為結(jié)構(gòu)受限或免疫原性弱的抗原疫苗開(kāi)發(fā)提供了全新思路。
研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)CIPS的生物安全性進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估。通過(guò)小鼠鼻內(nèi)給藥模型,CIPS在肺部引起的炎癥反應(yīng)可迅速恢復(fù),28天內(nèi)肺組織恢復(fù)正常結(jié)構(gòu),心、肝、脾、腎等主要器官未見(jiàn)明顯病理改變。ICP-MS結(jié)果顯示,CIPS在體內(nèi)具有良好的清除特性,展現(xiàn)出理想的生物相容性。
綜上,該研究在前期抗病毒工作的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步揭示了CIPS通過(guò)促進(jìn)巨噬細(xì)胞吞噬、增強(qiáng)樹(shù)突細(xì)胞抗原提呈并激活體液免疫反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)從先天免疫到適應(yīng)性免疫的功能拓展。這一工作不僅體現(xiàn)了納米材料在抗感染領(lǐng)域的功能延伸,也為新型疫苗佐劑的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
本研究工作,深圳先進(jìn)院李洋研究員,中山大學(xué)于鵬教授和SIAT張國(guó)芳副研究員為通訊作者,深圳先進(jìn)院為第一通訊單位,團(tuán)隊(duì)成員中奧聯(lián)培博士研究生陳佳欣、張國(guó)芳副研究員和劉芳芳博士為論文第一作者。研究工作還得到了意大利Emanuele Andreano團(tuán)隊(duì)在抗體功能分析方面的重要支持,及中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所王黎明研究員團(tuán)隊(duì)的支持。研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

圖1 CIPS通過(guò)CIPS依賴性細(xì)胞吞噬實(shí)現(xiàn)抗病毒與疫苗佐劑雙重功能的工作機(jī)制示意圖
附件下載: