加州大学圣地亚哥分校的工程师颠覆了标准的病毒药物靶向方法，开发了一种有前途的“纳米海绵”新方法，用于防止 HIV 在体内增殖：用 T 辅助细胞的膜涂覆聚合物纳米颗粒并将其转化进入诱饵以拦截病毒颗粒并阻止它们结合和渗透人体的实际免疫细胞。
这项由纳米工程教授张良芳领导的纳米材料与纳米医学实验室开发的技术可应用于多种不同类型的病毒，为针对难以抗击病毒的新疗法打开了大门。张是加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院纳米工程系教授。
这项 HIV 工作于 2018 年 11 月首次发表在《Advanced Materials》杂志上，发表在一篇题为“T-Cell-Mimicking Nanoparticles Can Neutralize HIV Infectivity”的论文中。这项工作正在进行中。
“这里的关键创新是我们正站在艾滋病毒大问题的另一边，”加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院张实验室的化学工程师兼项目副科学家 Weiwei Gao 说。“传统的药物开发方法要求我们弄清楚如何阻断病毒中的关键蛋白质或信号通路，使其无法攻击身体。问题在于这些病毒中有如此多的通路和如此多的冗余，这是真的很难找到一条真正关键的途径。
“我们的方法来自另一方面：看看病毒目标，”他继续道。“纳米颗粒被病毒靶向的细胞膜包裹着。因此，它们可以作为细胞的诱饵来拦截病毒的攻击。”
HIV 病毒通常针对称为 CD4+ T 细胞的细胞;也称为 T 辅助细胞，在健康的身体中，这些细胞有助于检测外来病原体并针对它们进行攻击和清除。HIV 病毒通过 CD4 受体发现并结合这些 T 细胞的表面，然后将它们的遗传物质注入 T 细胞并使用 T 细胞机制进行自我复制。最终，在制造出足够多的新 HIV 病毒后，病毒颗粒会从细胞中爆发出来并寻找其他 T 细胞进行攻击。
HIV 如此具有破坏性的部分原因是攻击和杀死 T 细胞会严重损害免疫系统，使身体更难抵抗继发感染。而且病毒变异很快，改变了它的遗传密码，使得传统的抗病毒和药物发现方法难以定位。
在 2018 年的Advanced Materials研究中，研究人员用 CD4+ T 细胞的分离细胞膜涂覆纳米颗粒。当添加到培养皿中的 T 细胞并暴露于病毒时，这些称为 TNP 的纳米颗粒就像海绵一样，吸收病毒并保护 T 细胞免受感染。他们发现 HIV 病毒与 TNP 结合的可能性与与 T 细胞结合的可能性相同——但由于这些纳米颗粒内部没有细胞机制，病毒无法自我注射或复制，因此它变得无害.
就像 CD4+ T 细胞一样，纳米颗粒通过病毒表面的 gp120 蛋白与 HIV 病毒结合。当 TNP 以 3 mg/mL 的浓度添加到 T 细胞混合物中时，与未经 TNP 处理的细胞相比，该团队发现感染减少了 80% 以上。他们认为这是有希望的证据，表明这些纳米颗粒可以注入患者的血液中以吸收 HIV 感染，降低他们的感染水平并最终将其清除出系统。
“使用 TNP 治疗 HIV 的另一个潜在应用是。体内感染 HIV 但不积极产生新病毒的免疫细胞成为病毒库，”高说。“找到摧毁此类病毒库的方法是 HIV 研究人员面临的一项重大挑战。但这些病毒库细胞也可能表达 gp120，因此 TNP 可以用作载体，将抗病毒药物精确地输送到这些细胞并杀死它们。”
这项工作的灵感来自于张实验室早期专注于红细胞的项目。“我们的工作一直专注于使用纳米颗粒进行药物输送，”高说，“但纳米颗粒不会在体内长时间循环。我们的想法是：让身体更难将纳米颗粒识别为外来物，这是什么?如果我们把它们伪装成红细胞?红细胞自然是长循环的，所以如果我们可以用纳米粒子模拟它们，我们应该会看到类似的循环模式。” 该团队在红细胞伪装技术方面的工作首次出现在 2011 年PNAS论文“红细胞膜伪装聚合物纳米粒子作为仿生传递平台”的学术文献中。
高说，这种方法可能适用于多种病原体。“细菌很多也喜欢攻击红血细胞，”他说。“所以也许这些纳米颗粒可以作为诱饵来阻止细菌中的毒素。或者它们可以作为诱饵对其他毒素做出反应，比如针对红血球的神经毒剂。”
在将这些 TNP 用于人类患者之前，仍然存在许多障碍。例如，他们还没有能够在活体动物模型中测试他们的 TNP。
“因为 HIV 是一种人类疾病，所以很难在动物模型中复制它，”高说。“因此，我们正在与加州大学圣地亚哥分校健康部儿科传染病科主任斯蒂芬斯佩克特博士密切合作，以找出在体内进行测试的最佳方法。
“我们的研究确实是概念的证明，”高继续说。“疾病发展在疾病的不同阶段会发生变化，病毒在体内的作用不同，具有不同程度的传染性和活动性。与非常熟悉 HIV 病理学的医生和研究人员合作以优化治疗至关重要根据对该疾病的了解，确定纳米粒子对治疗最有效。”
尽管如此，这项工作仍是朝着令人兴奋的 HIV 治疗新方向迈出的第一步，高认为这个领域充满了可能性。“这项技术具有很强的适应性，既适用于现有病原体，也适用于新出现的疾病，”他说。“这个平台可以克服耐药性，并且可以很容易地适应使用其他细胞膜或将其他药物或治疗加载到纳米颗粒核心中。它非常模块化，不需要为每种化合物定制设计，这可能有助于治疗开发未来。”