喷一喷就能戴在鼻子里!中科院过程工程所研发出“鼻内口罩”

喷一喷,就在鼻子里戴了一层口罩!中国科学院过程工程研究所研究团队提出“鼻内口罩”的新策略并创新给药剂型。

12月27日,中国科学院过程工程研究所发布消息称,近日,该所提出“鼻内口罩”的新策略并创新给药剂型,经小鼠以及人鼻腔数字模型、人呼吸道仿真模型验证,发现可以在鼻腔壁处形成保护层,实现对病毒气溶胶的拦截,并能够使病毒失活

气溶胶是病毒性呼吸道传染病的主要传播方式。

使用口罩一直是公共卫生工作中降低呼吸道传染病感染率的重要方法之一,尤其是在新冠肺炎COVID-19大流行期间。然而,此前的研究显示,口罩对新冠肺炎病毒(SARS-CoV-2)的防护效果仅67%;而对该病毒的变异毒株如奥米克戎(Omicron),防护效果甚至更差。那么,通过何种新策略可以提高对病毒气溶胶的防护效果?

鉴于病毒气溶胶可以通过人的鼻腔侵入人体,研究人员设想在鼻腔处设置一道“关卡”或“护盾”——涂上一层可有效拦截甚至使病毒灭活的“涂层”。

基于多年的生物剂型工程研究基础,中国科学院院士、过程工程所生化工程国家重点实验室研究员马光辉和研究员魏炜团队创制了“鼻内口罩”。喷一喷,就在鼻子里戴了一层口罩!

该新型“口罩”由携带正电荷的温敏型水凝胶(GEL)与表面高表达病毒受体的微米级细胞囊泡(MV)嵌合而形成保护层(MV@GEL)。

当病毒气溶胶被吸入鼻腔时,保护层中正电荷的GEL能够拦截,并吸附负电荷的病毒气溶胶颗粒,阻断其向下游气管及肺部的传播。而嵌合在凝胶中的MV能够进一步借助表面高表达的受体,诱捕病毒进入囊泡内部使其失活,以此保护鼻腔上皮细胞不被病毒感染。上述“拦截”和“失活”的协同作用,降低了病毒感染的风险。

通过小鼠的病毒感染模型与病毒传播模型实验,研究人员发现,“鼻内口罩”可以有效保护小鼠鼻腔和肺部免受病毒气溶胶的感染。

前述研究团队与过程工程所介科学与工程全国重点实验室研究员王利民团队展开交叉合作,使用计算流体力学-离散颗粒模拟(CFD-DPS)技术计算在呼吸行为下气溶胶颗粒的鼻腔内分布状态,证明MV@GEL对气溶胶颗粒的截留率达93.2%。

此外,研究团队借助3D打印技术获得了人体鼻腔实物模型,并将其与人肺类器官模块(模拟肺组织)和气流管道模块(模拟呼吸气流)连接,构建了集成化的人呼吸道仿真模型,在此基础上证明了“鼻内口罩”能够有效降低不同病毒气溶胶对于肺类器官的感染率。

但上述研究成果属于临床前研究阶段,实际临床疗效有待进一步验证。12月18日,前述研究成果在线发表在国际学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。

研究人员表示,鉴于该体系构建的通用性、灵活性和安全性,未来有望通过更换微米级细胞囊泡上的病毒受体,快速构建针对不同病毒的特异防护型“鼻内口罩”,并可通过与传统口罩的联合使用,达到更高效的防护效果。

该研究工作得到国家自然科学基金、北京自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、过程工程所前沿基础研究项目和北京市科技新星计划的支持。

nature.com/articles/s41467-023-44134-w

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