分子口罩可以預(yù)防感染

疫苗仍然是預(yù)防危險(xiǎn)病原體的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但需要大量時(shí)間和大量資源來(lái)開(kāi)發(fā)。快速變異的病毒，如SARS-CoV-2，會(huì)削弱它們的有效性，甚至使它們過(guò)時(shí)。

為了解決這些問(wèn)題，由新澤西理工學(xué)院的Vivek Kumar領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)多大學(xué)團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種水凝膠療法，作為抵御病毒和其他生物威脅的第一道防線(xiàn)。構(gòu)成這種凝膠的肽可以防止導(dǎo)致COVID-19的SARS-CoV-2等病毒附著和進(jìn)入細(xì)胞。它們通過(guò)與入侵病原體上的特定受體結(jié)合，同時(shí)聚集成多層“分子面罩”，從而抑制其作用。

在他們的研究過(guò)程中，研究小組發(fā)現(xiàn)，僅分子口罩就能預(yù)防感染。他們說(shuō)，這項(xiàng)新技術(shù)的潛在優(yōu)勢(shì)在于它能夠?qū)垢鞣N病原體和疾病突變。

生物醫(yī)學(xué)工程副教授庫(kù)馬爾說(shuō):“在疫情爆發(fā)的最初階段保護(hù)人們很重要?！薄拔覀兊男聶C(jī)制還可以幫助前線(xiàn)的急救人員、遇到新型病原體的軍事人員、偏遠(yuǎn)地區(qū)、資源不足地區(qū)的人們以及無(wú)法接種疫苗的人?！?/p>

近期目標(biāo)是生產(chǎn)一種抗空氣傳播感染的鼻腔噴霧劑。

在最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究小組描述了這種口罩是如何非特異性地與目標(biāo)結(jié)合的。它是由計(jì)算設(shè)計(jì)的肽(形成蛋白質(zhì)的氨基酸鏈)組成的，這些肽可以自組裝成納米級(jí)纖維水凝膠。相比之下，疫苗產(chǎn)生的抗體針對(duì)特定受體，因?yàn)樵诖罅餍衅陂g開(kāi)發(fā)的mRNA疫苗與SARS-CoV-2刺突上的特定蛋白質(zhì)結(jié)合。

該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)源于大流行開(kāi)始時(shí)對(duì)防止病毒入侵細(xì)胞的新方法的研究。最初的設(shè)計(jì)涉及針對(duì)SARS-CoV-2刺突的肽，研究了高度特異性的結(jié)構(gòu)域。然而，他們?cè)O(shè)計(jì)的非特異性肽凝膠在病毒頂部形成了多層纖維。該小組假設(shè)纖維中的負(fù)電荷與病毒表面上不同電荷的蛋白質(zhì)相互作用，掩蓋它們，從而阻止它們與天然細(xì)胞相互作用。

對(duì)于非特異性蛋白質(zhì)掩膜，庫(kù)馬爾指出，“它形成了一個(gè)比單個(gè)分子更大的結(jié)構(gòu)和更好的結(jié)合。雖然它沒(méi)有很高的特異性，但它可以自組裝并在目標(biāo)上停留更長(zhǎng)時(shí)間，在表面形成纖維貼紙，就像分子維可牢一樣。”

他補(bǔ)充說(shuō):“我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種能與病毒結(jié)合的局部藥物。就SARS-CoV-2而言，我們會(huì)把它噴到鼻子里，鼻子是感染的主要部位，甚至可能是預(yù)防性的。

該團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)使用強(qiáng)大的NVIDIA顯卡(通常用于競(jìng)技游戲)的計(jì)算機(jī)模擬測(cè)試了纖維對(duì)許多病毒的抗性。庫(kù)馬爾實(shí)驗(yàn)室的博士生約瑟夫·多德-奧(Joseph Dodd-o)說(shuō)，他們后來(lái)用注射和鼻腔噴霧劑在小鼠和大鼠身上進(jìn)行了成功的安全性測(cè)試。他與同樣是博士生的阿比舍克·羅伊(Abhishek Roy)一起進(jìn)行了大部分關(guān)于這種療法的研究。該療法在體外抑制了SARS-CoV-2的α和Omicron變體，在體內(nèi)試驗(yàn)中持續(xù)一天而不傷害動(dòng)物。

庫(kù)馬爾已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多治療應(yīng)用的水凝膠。他的遞送機(jī)制是可定制的，由類(lèi)似樂(lè)高的肽鏈組成，末端附著生物活性物質(zhì)，可以在體內(nèi)存活數(shù)周甚至數(shù)月，而其他生物材料降解得很快。它的自組裝鍵被設(shè)計(jì)成比身體的分散力更強(qiáng);它形成穩(wěn)定的纖維，沒(méi)有引起炎癥的跡象。

水凝膠被設(shè)計(jì)成根據(jù)附著的有效載荷觸發(fā)不同的生物反應(yīng)。庫(kù)馬爾的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)發(fā)表了一系列應(yīng)用研究，從促進(jìn)或阻止新血管網(wǎng)絡(luò)的形成，到減少炎癥和對(duì)抗微生物。

“在這種情況下，我們使用與病原體相互作用的電荷來(lái)破壞它，”庫(kù)馬爾說(shuō)。“我們?nèi)栽谠噲D確定纖維是如何相互作用的:這是一種機(jī)械作用模式嗎?耐藥病原體在生化調(diào)節(jié)劑周?chē)l(fā)生突變，但它們?cè)跈C(jī)械矛周?chē)l(fā)生突變的可能性更小嗎?通過(guò)了解這種基本的相互作用，我們想弄清楚如何利用它來(lái)對(duì)抗不同的疾病。

來(lái)源：AAAS

異丁醛（也稱(chēng)為2-丁醛，化學(xué)式：C4H8O）是一種有機(jī)化合物，屬于醛類(lèi)化合物。以下是異丁醛的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 功能團(tuán)：異丁醛分子中含有一個(gè)醛基（─CHO功能團(tuán)），即碳氧雙鍵和一個(gè)氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機(jī)溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應(yīng)的酸。

4. 反應(yīng)活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生以下反應(yīng)：

   - 還原反應(yīng)：可以被還原劑還原為相應(yīng)的醇。

   - 加成反應(yīng)：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應(yīng)，形成相應(yīng)的加成產(chǎn)物。

   - 導(dǎo)入反應(yīng)：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應(yīng)，發(fā)生導(dǎo)入反應(yīng)，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，由于異丁醛易燃，應(yīng)避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。