工程师用“分子口罩”抑制入侵的病原体

疫苗仍然是抵御危险病原体的黄金标准，但开发需要相当长的时间和大量的资源。严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型等快速变异病毒会削弱其有效性，甚至使其过时

为了解决这些差距，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新冠肺炎的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来实现这一点，同时聚集成多层“分子掩膜”来抑制其作用

在研究过程中，研究小组发现仅分子口罩就可以预防感染。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Kumar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、资源不足地区的人以及无法接种疫苗的人。”

近期目标是生产一种鼻喷雾剂来对抗空气传播感染

在《自然通讯》杂志上的一项研究中，该团队描述了口罩如何与目标非特异性结合。它由计算设计的肽（形成蛋白质的氨基酸串）组成，这些肽自组装成纳米级纤维水凝胶。相比之下，疫苗产生的抗体靶向特定受体，就像在大流行期间开发的信使核糖核酸疫苗与严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型刺突上的特定蛋白质结合一样

该团队的发现源于疫情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严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型刺突的肽，着眼于高度特异性的结构域。然而，他们还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带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

关于非特异性蛋白质口罩，Kumar指出，“它形成了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，但它可以自我组装并在目标上停留更长时间，在表面形成一个纤维标签，起到分子魔术贴的作用。”

他补充道，“目标是形成一种与病毒结合的局部制剂。在严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的情况下，我们会将其喷入鼻子，这是一个主要的感染点，甚至可能是预防性的。”，通常用于竞技游戏。库马尔实验室的博士生Joseph Dodd-o和同样是博士生的Abhishek Roy一起对这种疗法进行了大部分研究，他说，他们后来通过注射和鼻喷雾剂对小鼠和大鼠进行了成功的安全性测试。该疗法在体外抑制了严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型的阿尔法和奥密克戎变体，在体内测试中持续一天而不伤害动物

Kumar开发了用于多种治疗应用的水凝胶。他的递送机制是可定制的，由类似乐高的肽链组成，一端连接有生物活性剂，可以在体内存活数周甚至数月，其他生物材料会迅速降解。它的自组装结合被设计成比身体的分散力更强；它形成稳定的纤维，没有诱发炎症的迹象

水凝胶被设计为根据所连接的有效载荷触发不同的生物反应。库马尔的实验室发表了一系列应用研究，从促进或防止新血管网络的创建、减少炎症和对抗微生物的疗法

库马尔说：“在这种情况下，我们使用与病原体相互作用的电荷来破坏病原体。”

“我们仍在努力确定纤维是如何相互作用的：这是一种机械作用模式吗？耐药病原体在生物化学调节剂周围变异，但它们在机械矛周围变异的可能性较小吗？通过了解这种基本的相互作用，我们想知道如何使用它来对抗不同的疾病。”

在新的研究中，实验室正在测试对抗耐药细菌和真菌的疗法

团队成员拥有丰富的专业知识：伊利诺伊大学芝加哥分校的计算设计；佐治亚理工大学和贝勒医学院的生物分析能力；罗格斯大学病毒学研究；以及在NJIT的平台、分析和化验经验