携带疫苗的“小马达”能够在小鼠体内“穿行”直至肠内壁（图片来源：Nano Letters）
张良方，加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）纳米工程系教授，同时也是纳米医学界的杰出人才，曾于2013年入选《麻省理工科技评论》的“35名35岁以下的创新者”（35 Innovators Under 35）榜单，2018年被选为美国科学促进协会（AAAS）研究员。
近日，张良方教授和同学院纳米工程学家Joseph Wang联手设计一款新型的疫苗载体——微型“小马达”，可以驱动自身到达小鼠肠道的黏膜内层，有望发挥更广泛的抗感染保护效果。
这一巧妙的装置，可以装载药物在啮齿动物的消化系统中“穿行”，并最终靶向肠道内壁。相关研究成果发表在《Nano Letters》期刊。
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b05051
研究团队表示，这一研究为“口服疫苗”提供了新的思路，除了绕开了注射的步骤，还可以建立粘膜免疫（mucosal immunity）。
粘膜免疫是机体的“第一道防线”，鼻子、肺、阴道和消化道等与外界经常接触的组织中都存在粘膜。然后，几乎所有已上市的疫苗都无法刺激这一反应。如果，疫苗可以促使粘膜中的抗体反应，这些抗体可以在感染到血液之前进行抵制。
巧妙的“豌豆”
为了研发出直接靶向肠内壁的疫苗，研究团队希望创造出一种仿生的电动装置（motorized device），能够主动进行免疫接种。
最终，他们研制出一种微小、自我推动的小武器——能够携带金黄色葡萄球菌毒素（目前没有预防这一感染的疫苗）。这一“电动机”由镁制成，并覆盖有一层二氧化钛（左边有一个小孔，使镁暴露在外）。
他们将这一电动机包裹在表达细菌毒素的红细胞膜上（作为抗原），随后再加上有助于该装置黏着在肠壁上的聚糖涂层和对pH敏感的肠溶衣。
总之，机器的大小类似于一枚豌豆。
图片来源：Nano Letters
给小鼠口服后的反应
一旦这一装置通过胃部，保护层会降解，暴露的镁“马达”会在机体内将水转变成氢泡（hydrogen bubbles），并从小孔内溢出，从而将装置和细菌推向肠内壁，粘附并产生粘膜免疫反应。
“这一设备可以在胃肠道中自动降解，不会产生副作用。”张良方解释道。
首先，他们在体外细胞中测试了这一设计，随后在小鼠体内进行了相关试验——给小鼠喂食这一设备，利用成像技术和粪便检测来分析动物免疫反应的强度。结果显示，利用该装置接种过疫苗的小鼠表现出的免疫反应明显高于仅仅只服用抗原颗粒（没有马达装置）的小鼠。
研究团队强调，这一研究还有很多工作要做，以证明它是提供某些疫苗的最佳方式。他们正致力于在动物模型中测试该系统，以确定这种增强的免疫反应是否会转化为疾病预防。
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张良方认为，这一研究最终可以用于治疗肠道内的癌症。“越来越多的实验室正在研究纳米级和微型装置，以及将这些装置应用于医疗中，而不是仅仅关注更常规的药物输送方式。”他表示道。
参考资料：
Tiny, Motorized Pill Delivers Vaccine to Mouse Intestine
Biomimetic Micromotor Enables Active Delivery of Antigens for Oral Vaccination
