科學(xué)家如何用納米技術(shù)對(duì)抗新型冠狀病毒

目前還沒(méi)有針對(duì)COVID-19的疫苗或特效治療。COVID-19是由嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合征2型冠狀病毒 (SARS-CoV-2)引起的疾病。

自2019年底爆發(fā)以來(lái)，研究人員一直在競(jìng)相了解更多關(guān)于SARS-CoV-2的信息。SARS-CoV-2是一種來(lái)自冠狀病毒家族的毒株，因其冠狀外形而被稱為冠狀病毒。

美國(guó)東北大學(xué)的化學(xué)工程師Thomas Webster專門(mén)從事開(kāi)發(fā)治療疾病的納米級(jí)藥物和技術(shù)，他是為美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心(Centers for Disease Control and Prevention，簡(jiǎn)稱CDC)提供想法和技術(shù)以抗擊covid-19疫情的科學(xué)家中的一員。

Webster說(shuō)，使用納米顆粒的想法是，COVID-19背后的病毒具有與他的納米顆粒類似的結(jié)構(gòu)。在這個(gè)尺度下，物質(zhì)是非常小的，大約比一根頭發(fā)的寬度小一萬(wàn)倍。

Webster提出了一種類似大小的粒子，可以附著在SARS-CoV-2病毒上，通過(guò)紅外光治療來(lái)破壞它們的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)上的改變會(huì)阻止病毒在體內(nèi)生存和繁殖的能力。

Webster來(lái)自東北大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，他表示"在納米尺度范圍內(nèi)，如果你想檢測(cè)病毒，如果你想讓它們失去活性，那么你必須在這么大的尺度內(nèi)思考。"

Webster和其他研究人員所謂的"治療診斷學(xué)"的核心是用納米藥物發(fā)現(xiàn)和中和病毒，其重點(diǎn)是將治療和診斷結(jié)合起來(lái)。利用這種方法，他的實(shí)驗(yàn)室專門(mén)研究了納米顆粒，以對(duì)抗導(dǎo)致流感和結(jié)核病的微生物。

"這不是用一種方法來(lái)檢測(cè)你是否感染了病毒，用另一種方法來(lái)治療，"他說(shuō)，"而是用同樣的粒子，同樣的方法來(lái)檢測(cè)和治療。"

SARS-CoV-2主要通過(guò)呼吸、說(shuō)話、打噴嚏、咳嗽等產(chǎn)生的微小的病毒顆粒飛沫傳播，這些病毒顆粒通過(guò)眼睛、嘴巴或鼻子進(jìn)入人體。初步研究也表明，當(dāng)這些細(xì)菌附著在工作臺(tái)面、扶手和其他堅(jiān)硬的表面時(shí)，它們可能存活數(shù)天。

Webster說(shuō)，這就是為什么要把納米顆粒藥物作為本次COVID-19疫情的重點(diǎn)之一。

由于納米顆粒附著在不同的物體和表面，它們甚至可以在病原體進(jìn)入人體之前就將其摧毀。他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可以噴在物體上形成納米顆粒并攻擊病毒的材料。

"即使它是在一個(gè)表面上，在某人的工作臺(tái)上，或在一部iPhone上，它沒(méi)有任何意義，因?yàn)樗皇悄欠N病毒的活性形式。"

同樣的技術(shù)可以進(jìn)行調(diào)整，以針對(duì)廣泛的病毒、細(xì)菌和其他病原體。與其他具有大分子結(jié)構(gòu)的新型藥物不同，納米顆粒非常小，它們可以在不破壞免疫系統(tǒng)等其他功能的情況下穿過(guò)我們的身體。

Webster說(shuō)："它們就像測(cè)量員一樣，可以在你的血液中檢測(cè)。它們可以更容易、更長(zhǎng)的時(shí)間檢測(cè)你的身體，并嘗試檢測(cè)病毒。"

Webster說(shuō)，要做到這一切，CDC需要知道具體需要什么樣的結(jié)構(gòu)來(lái)中和SARS-CoV-2。但這一信息尚未公開(kāi)。

他說(shuō)："你必須確定我們需要在納米顆粒中加入什么物質(zhì)來(lái)吸引病毒。疾控中心必須知道這一點(diǎn)，因?yàn)樗麄円呀?jīng)開(kāi)發(fā)了一套工具，可以確定你是否感染了COVID-19、流感還是其他什么疾病。"

一種替代納米藥物的方法是制造合成分子。但是Webster說(shuō)，這種策略帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。就用于治療癌細(xì)胞的化學(xué)療法而言，這種合成藥物會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，殺死癌細(xì)胞以及體內(nèi)的其他細(xì)胞。

Webster說(shuō)："同樣的事情也可能發(fā)生在合成化學(xué)藥物治療病毒的過(guò)程中，這種分子殺死的遠(yuǎn)不止這種病毒。"

不過(guò)，Webster也承認(rèn)，目前并沒(méi)有很多研究人員專注于研究納米顆粒殺死病毒的方法。

缺乏這些解決方案的主要原因之一是，納米顆粒使其成為理想的抗傳染病藥物的好處，也使它們成為美國(guó)聯(lián)邦藥品管理局(U.S. Federal Drug Administration)關(guān)注的問(wèn)題。

由于它們的小尺寸，納米顆粒無(wú)處不在，可以滲透到身體的其他部位。為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)，Webster的實(shí)驗(yàn)室專注于使用氧化鐵。構(gòu)成這些粒子的化學(xué)物質(zhì)對(duì)我們的身體而言是非常安全的。

Webster說(shuō)："即使你感染了病毒，你也需要更多的鐵，因?yàn)槟憧赡軙?huì)貧血，這取決于感染的嚴(yán)重程度。我們實(shí)際上是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)開(kāi)發(fā)這些納米粒子，這有助于你的健康。"

他還說(shuō)，鐵基納米顆粒可以通過(guò)磁場(chǎng)定向作用于身體的特定器官，比如肺部和其他容易感染病毒后出現(xiàn)呼吸道并發(fā)癥的部位。Webster說(shuō)，這也是用新型合成分子無(wú)法做到的。

Webster說(shuō)："實(shí)際上，這一切意味著我們只需要做一些研究，證明那些鐵納米顆粒不會(huì)進(jìn)入大腦或腎臟，這些納米顆粒會(huì)準(zhǔn)確地進(jìn)入你希望它們進(jìn)入病毒的地方。"