你能想象得到嗎,？只需輕輕噴一噴，就能在鼻子內(nèi)“戴”上一層“口罩”,。中國科學(xué)院過程工程研究所（以下簡稱過程工程所）的科研人員創(chuàng)制了一種“鼻內(nèi)口罩”,，能夠?qū)崿F(xiàn)對病毒的攔截并讓病毒失活，可大大降低病毒感染的風(fēng)險,。研究顯示,，在小鼠、人鼻腔數(shù)字模型,、人呼吸道仿真模型驗證中，“鼻內(nèi)口罩”均表現(xiàn)出顯著的防護(hù)效果,。
什么是“鼻內(nèi)口罩”,，其防護(hù)原理是什么,，和普通口罩相比它有什么優(yōu)勢？科技日報記者就這些問題采訪了相關(guān)專家,。
在鼻腔處設(shè)置一道“關(guān)卡”
氣溶膠是病毒性呼吸道傳染病的主要傳播方式,。鑒于病毒氣溶膠可以通過鼻腔侵入人體，研究人員設(shè)想,，是否可以在鼻腔處設(shè)置一道“關(guān)卡”或“護(hù)盾”,，即涂上可以有效攔截病毒甚至滅活病毒的涂層？基于多年的生物劑型工程研究基礎(chǔ),，中國科學(xué)院院士,、過程工程所研究員馬光輝和過程工程所研究員魏煒團(tuán)隊創(chuàng)制了“鼻內(nèi)口罩”。
實際上,，“鼻內(nèi)口罩”是一種嵌合細(xì)胞囊泡的溫度敏感型凝膠,。它由表面高表達(dá)病毒受體的微米級細(xì)胞囊泡，嵌合在攜帶正電荷的溫敏型水凝膠中構(gòu)成,。在室溫狀態(tài)下,，它呈現(xiàn)液態(tài)并可以噴霧的方式進(jìn)入鼻腔中。當(dāng)液態(tài)的“鼻內(nèi)口罩”進(jìn)入鼻腔后,，在人體溫度的作用下,，可以很快地由液態(tài)轉(zhuǎn)化為凝膠態(tài)，從而在鼻腔中形成一層凝膠防護(hù)層,。
“該防護(hù)層能夠通過攔截和誘捕這兩種作用,，阻止病毒氣溶膠進(jìn)入肺部，并且能夠使病毒氣溶膠中的病毒失去感染能力,。”論文共同第一作者,、過程工程所副研究員王雙說，當(dāng)病毒氣溶膠被吸入鼻腔時,，該凝膠防護(hù)層中的正電荷凝膠能夠攔截并吸附帶負(fù)電荷的病毒氣溶膠顆粒,，從而阻斷其向下游氣管及肺部的傳播；而嵌合在凝膠中的微米級細(xì)胞囊泡,，能夠進(jìn)一步借助表面高表達(dá)的病毒受體,，誘捕病毒進(jìn)入囊泡內(nèi)部使其失活，以此保護(hù)鼻腔上皮細(xì)胞不被病毒感染,。上述兩種作用協(xié)同,，可降低病毒感染的風(fēng)險。
“在研究過程中,，我們制備了多種不同濃度,、不同配比的水凝膠。通過考察它們的噴霧性能、溫敏性能,、氣溶膠吸附性能等,，我們最后篩選出了一個多方面均有良好表現(xiàn)的凝膠配方。”論文共同第一作者,、過程工程所博士生胡校銘說,。
通過小鼠的病毒感染模型與病毒傳播模型實驗，研究人員發(fā)現(xiàn),，“鼻內(nèi)口罩”可以有效保護(hù)小鼠鼻腔和肺部免受病毒氣溶膠的感染,。
此外，研究團(tuán)隊還借助3D打印技術(shù)獲得了人體鼻腔實物模型,，并將其與人肺類器官模塊（模擬肺組織）和氣流管道模塊（模擬呼吸氣流）連接,，構(gòu)建了集成化的人呼吸道仿真模型。在此基礎(chǔ)上,，團(tuán)隊證明了“鼻內(nèi)口罩”能夠有效降低不同病毒氣溶膠對于肺類器官的感染率,。
以內(nèi)化方式遮蔽病毒感染蛋白
與以往研究主要針對病毒感染不同，這項研究主要聚焦于病毒氣溶膠,。“我們的研究提供了一種攔截病毒氣溶膠并誘捕病毒,，從而阻止病毒氣溶膠感染的新思路。這為病毒氣溶膠防護(hù)領(lǐng)域添上了一塊新的拼圖,。”王雙說,。
在以往的研究中，科研人員主要利用納米級細(xì)胞囊泡,，或者宿主細(xì)胞的細(xì)胞膜修飾的納米顆粒作為病毒“誘餌”,。這種病毒“誘餌”能夠借助其表面攜帶的病毒受體與病毒進(jìn)行結(jié)合。但由于其內(nèi)部尺寸太小或無內(nèi)部空間,，因此它不能內(nèi)化病毒,，僅能遮蔽病毒的一部分感染蛋白，導(dǎo)致病毒還有感染細(xì)胞的可能性,。
王雙介紹,，在本研究中，團(tuán)隊制備出微米級細(xì)胞囊泡作為病毒“誘餌”,。它的內(nèi)部具有較大的空間,，能夠通過內(nèi)化的方式遮蔽病毒的感染蛋白，大大降低病毒感染的風(fēng)險,。更為重要的是,，微米級細(xì)胞囊泡表面的病毒受體完全來自病毒的宿主細(xì)胞，而病毒感染細(xì)胞的過程必須借助宿主細(xì)胞膜表面的病毒受體,。因此,，這種結(jié)合不會由于病毒發(fā)生突變而喪失,。這也就意味著微米級細(xì)胞囊泡內(nèi)化病毒并使病毒失活的能力不會因為病毒變異而失效，能夠適用于病毒的不同變異株,。
這項研究創(chuàng)新性地將計算流體力學(xué)—離散顆粒模擬（CFD-DPS）技術(shù),，與基于電子計算機(jī)斷層掃描（CT）數(shù)據(jù)的3D重構(gòu)技術(shù)運用到病毒氣溶膠鼻內(nèi)防護(hù)領(lǐng)域的研究中。研究還首次構(gòu)建了人呼吸道仿真模型,，來模擬真實人體在呼吸作用下吸入病毒氣溶膠的過程。同時,，研究借助計算機(jī)模擬與實驗驗證相結(jié)合的方式,，從多角度為“鼻內(nèi)口罩”在人體上的適用性與有效性提供了有力證據(jù)。魏煒認(rèn)為,，研究中所使用的計算機(jī)模擬技術(shù)和人呼吸道仿真模型等創(chuàng)新模型,，為病毒防護(hù)領(lǐng)域的研究者提供了一些新思路。
給特定人群帶來額外防護(hù)效果
相比普通口罩,，“鼻內(nèi)口罩”具有一些明顯優(yōu)勢,。胡校銘介紹，在使用部位上,，普通口罩是佩戴在面部的,；“鼻內(nèi)口罩”是施加在鼻腔內(nèi)部的。在防護(hù)機(jī)理上,，普通口罩主要發(fā)揮物理阻隔作用,，將病毒攔截在呼吸道以外，但不能使黏附在口罩上的病毒失活,；“鼻內(nèi)口罩”不僅能夠攔截病毒,，而且還能進(jìn)一步使被攔截的氣溶膠中的病毒失去感染能力，降低病毒感染細(xì)胞的可能性,。在現(xiàn)實生活中,，可以將“鼻內(nèi)口罩”與普通口罩聯(lián)合使用。普通口罩用以物理阻隔大部分病毒氣溶膠顆粒,，而“鼻內(nèi)口罩”能夠進(jìn)一步將通過口罩縫隙吸入的病毒進(jìn)行攔截,、捕獲并使其失活。
“必須強(qiáng)調(diào)的是,，目前這項成果仍屬于臨床前研究階段,，實際的臨床療效還有待進(jìn)一步驗證。”王雙說,，如果“鼻內(nèi)口罩”的臨床療效驗證很好,，未來它的推廣能為哮喘患者等不適合或不習(xí)慣佩戴口罩的人提供一種額外的選擇，從而能夠提升公眾的防護(hù)意愿,，降低病毒性呼吸道傳染病的發(fā)病率,。
同時,，“鼻內(nèi)口罩”與普通口罩聯(lián)用，還能為醫(yī)務(wù)人員等經(jīng)常出入高濃度病毒氣溶膠區(qū)域的人群提供額外防護(hù),，有望大幅降低病毒氣溶膠對他們造成的感染風(fēng)險,，為他們的健康提供額外保障。
更重要的是,，鑒于該體系構(gòu)建的通用性,、靈活性和安全性，未來在應(yīng)對新發(fā)病毒性呼吸道傳染病時,，研究人員能夠利用基因編輯等手段,，使已有的工程化細(xì)胞表達(dá)該病毒對應(yīng)的病毒受體。這樣就可快速制備出針對新發(fā)病毒氣溶膠的“鼻內(nèi)口罩”,，以迅速響應(yīng)新發(fā)病毒性呼吸道傳染病,，降低這些傳染病的傳播速率，減少其對公共衛(wèi)生安全的威脅,。（記者 陸成寬）
責(zé)任編輯：邢敏
