《科学家开发出一种新型鼻腔喷雾 有望预防并治疗诸如SARS-CoV-2等冠状病毒的感染和传播!》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-11-18
  • 日前,发表在mBio杂志和预印版平台biorxiv上的两篇研究报告中,来自哥伦比亚大学的科学家们通过研究开发了一种新型的鼻腔内抗病毒药物,其或能有效阻断雪貂体内SARS-CoV-2的传播,这就表明,这种新型的鼻腔喷雾剂或能有效预防暴露于新冠病毒中的人群的感染。

    研究者表示,喷雾中名为脂肽(lipopeptide)的化合物能用来预防新冠病毒进入到宿主细胞中;这种具有抗病毒特性的脂肽生产成本较低、保质期长且不需要进行冷藏,这些特点就使其能够在包括单克隆抗体等多种其它正在开发的抗病毒疗法中脱颖而出,新型的鼻腔内脂肽能作为阻断美国和全球COVID-19传播扩散的理想选择,这种能方便运输且特性稳定的化合物尤其对于在农村、低收入地区中进行疫情防控尤为重要。

    发表在biorxiv上的文章中,研究人员描述了第一代化合物的研发过程,而发表在mBio杂志上的研究报告中,研究者则首次分析了该化合物在人类肺部3-D模型中所产生的效应,在人类肺部模型中,该化合物能消除最初的感染并预防病毒在肺部中扩散,而且对气管中的细胞完全没有毒性。

    雪貂经常被用于进行呼吸系统疾病的研究,因为其肺脏与人类较为相似,而且雪貂极易感染SARS-CoV-2,病毒也能在雪貂间快速传播。这项研究中,研究者表示,100%的未经治疗的雪貂都会被病毒脱落的同伴所感染,这就类似于人们共睡一张床或者近距离生活的环境。研究者Moscona等人此前开发出了类似的脂肽(能连接到胆固醇或生育酚分子上的小型蛋白分子)来预防细胞被其它病毒感染,比如麻疹、副流感和尼帕病毒等,这些抗病毒的化合物在进入人体试验时往往会遭遇很多挑战,这在很大程度上是因为其所预防的感染在低收入人群环境中较为普遍或更严重。

    当SARS-CoV-2在今年早些时候出现时,研究人员调整了他们的药物设计方案转向治疗SARS-CoV-2的感染,研究人员认为,应用基础科学来开发治疗影响全球人群健康的病毒感染显然是非常重要的,而且早期研究结果也让他们迅速将该方法应用到了COVID-19的治疗过程中。这种脂肽能通过抑制病毒与宿主细胞膜的融合来发挥作用,而这是包括SARS-CoV-2在内的一系列包膜病毒用来感染细胞的关键步骤,为了进行融合,SARS-CoV-2必须在病毒收缩成驱动融合过程的紧凑束状结构前展开其刺突蛋白。

    研究人员所设计的新型化合物能识别SARS-CoV-2的刺突蛋白,将自己楔入到未折叠的区域中,并能阻断刺突蛋白采用融合所需的紧凑形状;在对雪貂进行的实验中,研究者将脂肽输入到六只雪貂的鼻腔中,随后将成对处理过的雪貂与两只接受生理盐水鼻腔喷雾的对照雪貂、以及一只仅感染了SARS-CoV-2的雪貂一同饲养;当这些雪貂之间直接接触了24小时后,研究者发现,接受治疗的雪貂没有一只从感染的饲养笼中感染病毒,而且其机体的病毒载量也正好为零,而所有的对照雪貂都出现了高水平的感染。

    研究者认为,这些脂肽能被用于任何未感染者会接触到的情况,无论是在家庭、学校、医疗环境中还是社区等地方;研究者Moscona说道,即使是在理想的状况下,大部分人群也都会接种疫苗,这些抗病毒的药物会形成保护个体并控制疾病传播的重要补充,而不能接种疫苗或不能产生免疫力的人群则尤其会受益于这种新型的鼻腔喷雾。这种抗病毒的鼻腔喷雾很容易操作,其是根据科学家们对其它呼吸道病毒的研究经验所开发,能够产生即刻的保护力,而且至少能持续24小时。后期研究人员希望能将这种预防性的策略迅速推向人类临床试验,旨在控制当前COVID-19在全球的肆虐和蔓延。

  • 原文来源:https://mbio.asm.org/content/11/5/e01935-20;https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.11.04.361154v1;https://medicalxpress.com/news/2020-11-nasal-coronavirus-transmission.html;https://news.bioon.com/article/6780955.html
相关报告
  • 《EbioMedicine:科学家开发出了一种能有效预防SARS-CoV-2鼻腔内感染的新型疫苗策略》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-01-05
    • 紧急使用的疫苗对COVID-19的治疗有效,但疫苗所诱导的预防作用对于抵御SARS-CoV-2的鼻腔感染的效果仍然不够理想。近日,一篇发表在国际杂志EbioMedicine上题为“Nasal prevention of SARS-CoV-2 infection by intranasal influenza-based boost vaccination in mouse models”的研究报告中,来自中国香港大学等机构的科学家们通过研究进行了一项全面研究识别出了一种预防SARS-CoV-2鼻腔感染的有效疫苗策略。 研究表明,肌肉注射以PD-1为基础的受体结合结构域DNA疫苗(PD1-RBD-DNA)和鼻腔注射以减毒流感疫苗为基础的活疫苗(LAIV-HK68-RBD)的组合性策略或能诱导出最强的粘膜广谱性中和性抗体和肺部常驻记忆CD8 T细胞,这或许就能在两种动物模型中有效预防活的SARS-CoV-2的鼻腔感染挑战。 如今COVID-19的大流行已经在全球引发了超过2.75亿人的感染,而且截止目前已有536万人发生死亡,然而很少有被批准用于应急的疫苗能够诱导出足够的粘膜保护力,来预防SARS-CoV-2的鼻腔感染。尽管当前的疫苗接种大大降低了住院率、疾病严重程度以及死亡人数,但这些疫苗在预防SARS-CoV-2通过呼吸道传播上的效果却很差,这或许就给疾病大流行的控制带来了巨大的挑战;随着SARS-CoV-2突变体的不断出现,包括具有免疫逃逸的奥密克戎变异毒株的迅速传播,目前研究人员迫切需要开发出一种有效的疫苗策略来阻断或减少SARS-CoV-2的鼻腔传播。 在这项研究中,研究者表示,与目前的COVID-19疫苗策略相比,主要由异源型组合策略所诱导的全身和粘膜抗体IgA/IgG和肺部常驻的多功能记忆CD8 T细胞的水平会大幅上升;当两种接种疫苗的小鼠在记忆阶段受到挑战时(即第二次接种的35天后),除了在肺部能产生一致的保护力外,其机体主要是通过异源性的组合方法来实现对鼻甲骨中SARS-CoV-2感染的强大预防功能。新型方案诱导的抗体还能交叉中和多种受关注的大流行突变毒株,包括α、β和德尔塔突变株等;本文研究结果提供了概念性证明,即疫苗所诱导的强大粘膜免疫力或许是预防SARS-CoV-2鼻腔感染的必要条件,这对结束正在进行的COVID-19大流行具有非常重要的意义。 研究者Yuen Kwok-yung教授说道,我们进行的两种疫苗临床开发仍然是消除COVID-19大流行不受控制传播的首要任务,目前我们正在对基于流感的鼻腔喷雾和DNA疫苗进行人类临床试验。对COVID-19疫苗开发的最大挑战就是目前在香港没有疫苗的生产工厂,这或许间接延迟了科学发现向临床应用的转化,如今当研究人员开发出了用于临床试验的奥密克戎靶向性DNA疫苗后他们也面临着同样的挑战。 研究人员认为,使用鼻腔喷雾疫苗能在上呼吸道建立保护是减少SARS-CoV-2感染和传播的关键策略,对于最终控制COVID-19的大流行非常重要;综上,本文研究结果表明,以鼻腔内流感疫苗为基础的增强型疫苗或许能诱导机体粘膜和全身免疫力,从而就能在上呼吸道和下呼吸道有效预防SARS-CoV-2的感染和传播。
  • 《Science论文解读!通过鼻腔喷雾给送脂肽有望预防新冠病毒感染》

    • 来源专题:中国科学院病毒学领域知识资源中心
    • 编译者:malili
    • 发布时间:2021-03-01
    • 在一项新的研究中,来自美国哥伦比亚大学、康奈尔大学、荷兰鹿特丹大学医学院和意大利坎帕尼亚大学等研究机构的研究人员开发的一种鼻腔抗病毒剂阻断了新型冠状病毒在雪貂中的传播,这表明这种鼻腔喷雾剂也可能预防暴露于这种病毒(包括近期的病毒变种)的人受到感染。 相关研究结果于2021年2月17日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Intranasal fusion inhibitory lipopeptide prevents direct-contact SARS-CoV-2 transmission in ferrets”。 论文通讯作者为哥伦比亚大学欧文医学中心儿科系教授Matteo Porotto博士、Anne Moscona博士,以及康奈尔大学的Christopher A. Alabi博士和哥伦比亚大学欧文医学中心的Rik L. de Swart博士。 这种鼻腔喷雾剂中的化合物---一种由Porotto和Moscona开发的脂肽(lipopeptide )---旨在防止新冠病毒进入宿主细胞。 这种抗病毒脂肽生产成本低,保质期长,而且不需要冷藏。这些特点使得它从其他正在开发的包括许多单克隆抗体在内的抗病毒试剂中脱颖而出。这种新的通过鼻腔给送的脂肽可能是阻止COVID-19在美国和全球蔓延的理想选择;这种可运输的稳定的化合物在农村、低收入和难以接触到的人群中可能特别关键。 雪貂可作为研究呼吸道疾病的模型 雪貂经常被用于呼吸道疾病的研究,这是因为这类动物的肺部和人类相似。雪貂非常容易感染新冠病毒,而且这种病毒很容易在雪貂之间传播。 在这项研究中,100%未经治疗的雪貂都被它们在笼子中的同伴释放的病毒感染,这种情形类似于人与人同床共枕或人类的亲密生活环境。 Porotto和Moscona之前已开发出类似的脂肽---连接到胆固醇或生育酚(tocopherol)分子上的小蛋白---来防止包括麻疹病毒、副流感病毒和尼帕病毒在内的其他病毒对宿主细胞的感染。这些抗病毒化合物要进入人体临床试验一直很有挑战性,这在很大程度上是因为它们所预防的感染在低收入地区中最为普遍或严重。 当新冠病毒出现时,这些研究人员与 Alabi合作,调整了他们的设计以适应这种病毒。Moscona和Porotto说,“我们想要强调的一个教训是,利用基础科学开发影响全球人类的抗病毒治疗方法的重要性。我们早期研究的成果使得我们迅速将这种方法应用于COVID-19。” 2020年10月20日,一篇描述第一代脂肽化合物及其在人类肺部三维模型中效果的论文首次发表在mBio期刊上,论文标题为“Inhibition of Coronavirus Entry In Vitro and Ex Vivo by a Lipid-Conjugated Peptide Derived from the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein HRC Domain”。在这种人类肺部模型中,该化合物能够消灭最初的感染,防止这种病毒在肺部内扩散,而且对气道细胞完全没有毒性。 脂肽可防止病毒感染细胞 脂肽的作用是防止病毒与宿主细胞的细胞膜融合,而这种融合是包括新冠病毒在内的有包膜病毒感染宿主细胞的必要步骤。为了融合,新冠病毒先展开它的刺突蛋白,然后收缩成一束,驱动这种融合。 由Porotto和Moscona设计的这种脂肽化合物能够识别新冠病毒刺突蛋白,将它自己楔入这种病毒刺突蛋白的未折叠区域,并阻止这种病毒的刺突蛋白采用融合所需的紧凑形状。 在鹿特丹大学医学院开展的雪貂实验中,这种脂肽被递送到六只雪貂的鼻子中。然后将成对的接受治疗的雪貂与两只接受了生理盐水鼻腔喷雾剂的对照组雪貂和一只感染了新冠病毒的雪貂一起饲养。 在雪貂之间高强度的直接接触24小时后,他们的测试发现,接受治疗的雪貂没有一只从它们在笼子中受到感染的同伴中感染这种病毒,它们的病毒载量正好为零,而所有的对照雪貂都被高度感染。 脂肽对病毒变种有效 公共卫生官员对几种新冠病毒变种的出现感到担忧,这些变种似乎更具传播性和致命性,也可能更善于躲避现有疗法和疫苗产生的抗体。 Porotto和Moscona在感染了包括B.1.1.7和B.1.351在内的一系列新冠病毒变种的细胞中测试了这种脂肽,发现该化合物可以防止所有病毒变种的刺突蛋白与细胞膜融合。 脂肽易于给送 Porotto和Moscona提出这些脂肽可能用于任何未感染者会接触到新冠病毒的情况,无论是在家庭、学校、医疗环境还是社区。 Moscona和Porotto说,“即使在理想的情况下,大部分人都接种了疫苗---而且对接种程序有充分的信任和遵守---这些抗病毒剂将构成保护个人和控制传播的重要补充。”不能接种疫苗或没有产生免疫力的人将特别受益于这种喷雾剂。 这种抗病毒剂很容易给送,而且根据这些研究人员对其他呼吸道病毒的研究经验,保护将是立即产生的,至少持续24小时。 这些研究人员正在对动物模型中的传播以及这种脂肽的生产和配方进行更深入的研究。他们希望尽快将这种预防方法用于人体临床试验,最终目标是部署这种疗法,以帮助遏制这次大流行期间的病毒传播,并为未来新出现的病毒毒株和大流行做好准备工作。 (来源:生命科学前沿) 原文出处:de Vries RD, Schmitz KS, Bovier FT, et al. Intranasal fusion inhibitory lipopeptide prevents direct contact SARS-CoV-2 transmission in ferrets. Science. 17 Feb 2021: eabf4896. DOI: 10.1126/science.abf4896 链接:https://science.sciencemag.org/content/early/2021/02/16/science.abf4896