科學家如何用納米技術對抗新型冠狀病毒

目前還沒有針對COVID-19的疫苗或特效治療。COVID-19是由嚴重急性呼吸系統綜合征2型冠狀病毒 (SARS-CoV-2)引起的疾病。

自2019年底爆發以來，研究人員一直在競相了解更多關于SARS-CoV-2的信息。SARS-CoV-2是一種來自冠狀病毒家族的毒株，因其冠狀外形而被稱為冠狀病毒。

美國東北大學的化學工程師Thomas Webster專門從事開發治療疾病的納米級藥物和技術，他是為美國疾病控制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention，簡稱CDC)提供想法和技術以抗擊covid-19疫情的科學家中的一員。

Webster說，使用納米顆粒的想法是，COVID-19背后的病毒具有與他的納米顆粒類似的結構。在這個尺度下，物質是非常小的，大約比一根頭發的寬度小一萬倍。

Webster提出了一種類似大小的粒子，可以附著在SARS-CoV-2病毒上，通過紅外光治療來破壞它們的結構。這種結構上的改變會阻止病毒在體內生存和繁殖的能力。

Webster來自東北大學化學工程學院，他表示"在納米尺度范圍內，如果你想檢測病毒，如果你想讓它們失去活性，那么你必須在這么大的尺度內思考。"

Webster和其他研究人員所謂的"治療診斷學"的核心是用納米藥物發現和中和病毒，其重點是將治療和診斷結合起來。利用這種方法，他的實驗室專門研究了納米顆粒，以對抗導致流感和結核病的微生物。

"這不是用一種方法來檢測你是否感染了病毒，用另一種方法來治療，"他說，"而是用同樣的粒子，同樣的方法來檢測和治療。"

SARS-CoV-2主要通過呼吸、說話、打噴嚏、咳嗽等產生的微小的病毒顆粒飛沫傳播，這些病毒顆粒通過眼睛、嘴巴或鼻子進入人體。初步研究也表明，當這些細菌附著在工作臺面、扶手和其他堅硬的表面時，它們可能存活數天。

Webster說，這就是為什么要把納米顆粒藥物作為本次COVID-19疫情的重點之一。

由于納米顆粒附著在不同的物體和表面，它們甚至可以在病原體進入人體之前就將其摧毀。他的實驗室已經開發出一種可以噴在物體上形成納米顆粒并攻擊病毒的材料。

"即使它是在一個表面上，在某人的工作臺上，或在一部iPhone上，它沒有任何意義，因為它不是那種病毒的活性形式。"

同樣的技術可以進行調整，以針對廣泛的病毒、細菌和其他病原體。與其他具有大分子結構的新型藥物不同，納米顆粒非常小，它們可以在不破壞免疫系統等其他功能的情況下穿過我們的身體。

Webster說："它們就像測量員一樣，可以在你的血液中檢測。它們可以更容易、更長的時間檢測你的身體，并嘗試檢測病毒。"

Webster說，要做到這一切，CDC需要知道具體需要什么樣的結構來中和SARS-CoV-2。但這一信息尚未公開。

他說："你必須確定我們需要在納米顆粒中加入什么物質來吸引病毒。疾控中心必須知道這一點，因為他們已經開發了一套工具，可以確定你是否感染了COVID-19、流感還是其他什么疾病。"

一種替代納米藥物的方法是制造合成分子。但是Webster說，這種策略帶來了一些挑戰。就用于治療癌細胞的化學療法而言，這種合成藥物會產生嚴重的副作用，殺死癌細胞以及體內的其他細胞。

Webster說："同樣的事情也可能發生在合成化學藥物治療病毒的過程中，這種分子殺死的遠不止這種病毒。"

不過，Webster也承認，目前并沒有很多研究人員專注于研究納米顆粒殺死病毒的方法。

缺乏這些解決方案的主要原因之一是，納米顆粒使其成為理想的抗傳染病藥物的好處，也使它們成為美國聯邦藥品管理局(U.S. Federal Drug Administration)關注的問題。

由于它們的小尺寸，納米顆粒無處不在，可以滲透到身體的其他部位。為了降低這種風險，Webster的實驗室專注于使用氧化鐵。構成這些粒子的化學物質對我們的身體而言是非常安全的。

Webster說："即使你感染了病毒，你也需要更多的鐵，因為你可能會貧血，這取決于感染的嚴重程度。我們實際上是通過化學反應來開發這些納米粒子，這有助于你的健康。"

他還說，鐵基納米顆粒可以通過磁場定向作用于身體的特定器官，比如肺部和其他容易感染病毒后出現呼吸道并發癥的部位。Webster說，這也是用新型合成分子無法做到的。

Webster說："實際上，這一切意味著我們只需要做一些研究，證明那些鐵納米顆粒不會進入大腦或腎臟，這些納米顆粒會準確地進入你希望它們進入病毒的地方。"