Lipitoids與DNA和RNA發(fā)生自組裝，可作為抗病毒療法中的細胞運輸系統(tǒng)，預防COVID-19和其它冠狀病毒感染。 （圖片來源：R.N. Zuckermann）

美國斯坦福大學的科研團隊正在與分子工廠（Molecular Foundry）的研究人員合作，致力于開發(fā)基因靶向的抗COVID-19藥物。分子工廠是美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的納米科學方向的用戶導向部門。

去年，斯坦福大學生物工程、化學和系統(tǒng)生物學系助理教授Stanley Qi和團隊開始研究一種名為PAC-MAN的技術，即利用CRISPR基因編輯技術來對抗流感。

但是當一月COVID-19開始全球流行時，一切都改變了。Qi和他的團隊突然間面對著一種全新的、無人知曉解決辦法的病毒。他們開始考慮用PAC-MAN技術來對付COVID-19。

自3月底以來，Qi和團隊一直在與Michael Connolly領導的團隊合作。Michael Connolly是伯克利實驗室分子工廠生物納米結構部的首席工程助理。他們致力于開發(fā)可將PAC-MAN送入患者細胞的系統(tǒng)。

和所有的CRISPR系統(tǒng)一樣，PAC-MAN由一個酶和一段向導RNA組成。在PAC-MAN中，酶是負責殺死病毒的Cas13酶，向導RNA可以引導Cas13破壞冠狀病毒基因組中的特定核酸序列。通過破壞病毒的基因序列，PAC-MAN可以殺滅冠狀病毒，使之不再在細胞中復制。

PAC-MAN的運輸是關鍵

Qi表示，將PAC-MAN從分子工具轉變?yōu)榭笴OVID-19療法的關鍵之處在于找到一個高效的方法將它運到肺部的細胞中。當引起COVID-19的冠狀病毒SARS-CoV-2入侵肺部后，感染者的肺泡開始發(fā)炎并充滿組織液，從而影響患者的呼吸能力。

Qi接著說：“但我的實驗室并不負責研究運輸策略?！币虼嗽?月12日，他們發(fā)表了論文的預印本，盡管希望渺茫，他們仍然希望能夠吸引到他們的潛在合作者——細胞運輸技術方面的專家。

很快，他們了解到Connolly在分子工廠有關合成lipitoid分子的工作。

Lipitoid是一種和peptoid很像的合成多肽。Peptoid最早在20年前由Connolly的導師Ron Zuckermann發(fā)現(xiàn)。在那之后的幾十年里，Connolly和Zuckermann一直致力于開發(fā)lipitoid等運輸peptoid的分子。通過與分子工廠用戶的合作，他們闡明了lipitoid運輸DNA和RNA到多種細胞系中的高效性。

如今，研究將lipitoid應用于臨床治療的科學家發(fā)現(xiàn)這些材料對人體無毒，并且可以用于運輸核酸。他們將核酸封裝進直徑1nm的納米顆粒中，其大小與病毒相當。

Qi希望他的基于CRISPR的COVID-19療法可以加入分子工廠不斷發(fā)展的lipitoid運輸系統(tǒng)中。

4月底，斯坦福大學的研究人員測試了一種lipitoid——Lipitoid 1。在人類肺泡上皮細胞樣本中，Lipitoid 1可以和DNA、RNA一起自組裝成PAC-MAN載體。

Qi表示，lipitoids在運輸PAC-MAN時表現(xiàn)得非常好。當lipitoid和靶向冠狀病毒的PAC-MAN組裝在一起時，溶液中合成的SARS-CoV-2數(shù)量減少了90%以上。Qi說：“伯克利實驗室分子工廠提供了一個改變我們研究的分子利器?！?/p>

該團隊下一步計劃在動物模型中測試PAC-MAN/lipitoid系統(tǒng)對抗SARS-CoV-2病毒的有效性。他們將與美國紐約大學（New York University）和瑞典斯德哥爾摩卡羅林斯卡學院（Karolinska Institute）的研究人員合作。

如果成功，Qi和團隊希望能繼續(xù)與Connolly團隊合作，發(fā)展出針對SARS-CoV-2以及其他冠狀病毒的PAC-MAN/lipitoid治療方法，并嘗試擴大臨床前試驗的規(guī)模。

Connolly說：“高效的lipitoid運輸和CRISPR結合，不僅是對抗COVID-19的有效手段，也可以防止今后出現(xiàn)新的病毒流行事件?！?/p>

Qi補充道：“每個人都在夜以繼日地工作，希望找到新的解決方案。在當前的困難時期，結合專業(yè)知識，各機構一起合作試驗新想法是非常有益的?！蹦壳?，Qi的預印本論文已通過同行評審，發(fā)表在《細胞》（Cell）上。

作者：Theresa Duque

翻譯：唐儆

審校：巢栩嘉

引進來源：美國勞倫斯伯克利國家實驗室

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-06-scientists-aim-gene-targeting-breakthrough-covid-.html


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