攜帶疫苗的“小馬達”能夠在小鼠體內“穿行”直至腸內壁（圖片來源：Nano Letters）

張良方，加州大學圣地亞哥分校（University of California, San Diego）納米工程系教授，同時也是納米醫學界的杰出人才，曾于2013年入選《麻省理工科技評論》的“35名35歲以下的創新者”（35 Innovators Under 35）榜單，2018年被選為美國科學促進協會（AAAS）研究員。

近日，張良方教授和同學院納米工程學家Joseph Wang聯手設計一款新型的疫苗載體——微型“小馬達”，可以驅動自身到達小鼠腸道的黏膜內層，有望發揮更廣泛的抗感染保護效果。

這一巧妙的裝置，可以裝載藥物在嚙齒動物的消化系統中“穿行”，并最終靶向腸道內壁。相關研究成果發表在《Nano Letters》期刊。

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b05051

研究團隊表示，這一研究為“口服疫苗”提供了新的思路，除了繞開了注射的步驟，還可以建立粘膜免疫（mucosal immunity）。

粘膜免疫是機體的“第一道防線”，鼻子、肺、陰道和消化道等與外界經常接觸的組織中都存在粘膜。然后，幾乎所有已上市的疫苗都無法刺激這一反應。如果，疫苗可以促使粘膜中的抗體反應，這些抗體可以在感染到血液之前進行抵制。

巧妙的“豌豆”

為了研發出直接靶向腸內壁的疫苗，研究團隊希望創造出一種仿生的電動裝置（motorized device），能夠主動進行免疫接種。

最終，他們研制出一種微小、自我推動的小武器——能夠攜帶金黃色葡萄球菌毒素（目前沒有預防這一感染的疫苗）。這一“電動機”由鎂制成，并覆蓋有一層二氧化鈦（左邊有一個小孔，使鎂暴露在外）。

他們將這一電動機包裹在表達細菌毒素的紅細胞膜上（作為抗原），隨后再加上有助于該裝置黏著在腸壁上的聚糖涂層和對pH敏感的腸溶衣。

總之，機器的大小類似于一枚豌豆。

圖片來源：Nano Letters

給小鼠口服后的反應

一旦這一裝置通過胃部，保護層會降解，暴露的鎂“馬達”會在機體內將水轉變成氫泡（hydrogen bubbles），并從小孔內溢出，從而將裝置和細菌推向腸內壁，粘附并產生粘膜免疫反應。

“這一設備可以在胃腸道中自動降解，不會產生副作用。”張良方解釋道。

首先，他們在體外細胞中測試了這一設計，隨后在小鼠體內進行了相關試驗——給小鼠喂食這一設備，利用成像技術和糞便檢測來分析動物免疫反應的強度。結果顯示，利用該裝置接種過疫苗的小鼠表現出的免疫反應明顯高于僅僅只服用抗原顆粒（沒有馬達裝置）的小鼠。

研究團隊強調，這一研究還有很多工作要做，以證明它是提供某些疫苗的最佳方式。他們正致力于在動物模型中測試該系統，以確定這種增強的免疫反應是否會轉化為疾病預防。

張良方教授 圖片來源：學校主頁

張良方認為，這一研究最終可以用于治療腸道內的癌癥。“越來越多的實驗室正在研究納米級和微型裝置，以及將這些裝置應用于醫療中，而不是僅僅關注更常規的藥物輸送方式。”他表示道。

原標題：張良方團隊新成果：豌豆大小的“口服型疫苗”，可自主到達腸內壁