中巴美合作研究表明，手性金纳米颗粒可使疫苗效力提高25%以上

诸平

Computational model of gold nanoparticle functionalized with left-handed enantiomers of cysteine and phenylalanine. Credit: André Farias de Moura

据物理学家组织网（Phys.Org）2022年4月18日报道，巴西研究人员参与的一项国际合作研究表明，通过添加左手性纳米金作为佐剂，疫苗的效力可以提高25%以上（Chiral gold nanoparticles increase vaccine efficacy by more than 25%, study suggests）。相关研究结果于2022年1月19日已经在《自然》（Nature）杂志网站发表——Liguang Xu, Xiuxiu Wang, Weiwei Wang, Maozhong Sun, Won Jin Choi, Ji-Young Kim, Changlong Hao, Si Li, Aihua Qu, Meiru Lu, Xiaoling Wu, Felippe M. Colombari, Weverson R. Gomes, Asdrubal L. Blanco, Andre F. de Moura, Xiao Guo, Hua Kuang, Nicholas A. Kotov, Chuanlai Xu. Enantiomer-dependent immunological response to chiral nanoparticles. Nature, 2022, 601: 366–373. DOI: 10.1038/s41586-021-04243-2. Published: 19 January 2022. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04243-2

有三个研究小组参与了这项研究，一个隶属于中国江南大学(Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, China)，另一个隶属于美国密歇根大学(University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA)。巴西小组由安德鲁·法瑞斯·德莫拉（André Farias de Moura）领导，他是圣卡洛斯联邦大学(Federal University of São Carlos简称UFSCar)化学系的教授，也是功能材料开发中心(Center for Development of Functional Materials简称CDMF)的研究员，该中心是圣保罗研究基金会（FAPESP）资助的研究、创新和传播中心(Research, Innovation and Dissemination Centers 简称RIDCs)之一。巴西小组除了来自UFSCar的研究人员之外，还有来自巴西能源和材料研究中心（Brazilian Center for Research in Energy and Materials, Campinas, São Paulo, Brazil）的研究人员。上述图片就是由安德鲁·法瑞斯·德莫拉提供的半胱氨酸（cysteine）左手对映体和苯丙氨酸（phenylalanine）左手对映体功能化金纳米颗粒的计算模型。

这项研究没有涉及COVID-19疫苗，因为它早在大流行之前就开始了。研究人员使用了用于对抗特定流感病毒株的疫苗。虽然这不是目前在巴西流行的毒株，但原则上可以将结果推广到任何类型的疫苗，显然通过逐案补充研究。原因是左手性金纳米颗粒不是活性成分，而是增强受体免疫反应的佐剂。

安德鲁·法瑞斯·德莫拉告诉FAPESP 代理机构（Agência FAPESP）:“理解这些纳米颗粒贡献的关键是手性的概念，它适用于不能叠加在自己镜像上的物体或系统。”

手性（Chirality）是一种不对称。这个词来源于古希腊语“kheir”，相当于英文hand（手）的意思，最好的例子就是左手和右手的区别。当我们对着镜子举起手时，我们在右边看到的手就是我们的左手，反之亦然。

“地球上的一切生物都是手性的。手性分子可以有完全不同的性质取决于它们是左手性还是右手性。同一分子的两种手性形式被称为对映体。”安德鲁·法瑞斯·德莫拉说，“一个悲剧性的例子是沙利度胺(thalidomide)，它是20世纪50年代末和60年代为孕妇治疗妊娠反应晨吐而开的药物，但是，结果导致婴儿出生时出现一系列畸形。就是其中一种对映体具有预期的治疗效果，但另一种对映体使胎儿四肢萎缩，有致畸作用。”

纳米粒子（Nanoparticles）

安德鲁·法瑞斯·德莫拉解释说，纳米材料的研究已经进步到足以让科学家完全分离一种对映体，而发表在《自然》杂志上的研究就是基于这种可能性。“我们从金纳米颗粒开始，它是对称的，缺乏手性，即它们是非手性的。我们首先通过让它们与氨基酸半胱氨酸相互作用来诱导它们的手性，然后将它们暴露在偏振光下，用氨基酸苯丙氨酸（amino acid phenylalanine）作为光收集天线来加强诱导手性。”

手性是用“g因子（g-factor）”来衡量的，其值从-2到+2。这项研究中使用的程序使科学家能够超过0.4，并产生了三种纳米颗粒:原始的非手性金（achiral gold）、右手性对映体（right-handed enantiomer）和左手性对映体（left-handed enantiomer）。

“最初，我们在体外培养的人类免疫细胞上测试了纳米颗粒，发现手性纳米颗粒可以诱导产生与免疫反应相关的物质，即使在没有抗原的情况下，任何能够触发抗体产生的物质。这种反应正是佐剂在疫苗中的作用，”安德鲁·法瑞斯·德莫拉说。

接下来，研究人员在流感病毒上测试了纳米颗粒。安德鲁·法瑞斯·德莫拉说:“我们发现对映体极大地增强了疫苗的效力。具体来说，与右手性对映体相比，左手性对映体的疗效提高了25.8%，与非手性纳米颗粒相比，提高幅度更大。”

安德鲁·法瑞斯·德莫拉强调，任何想要使用这些知识的人都可以获得这些知识。“它可以被任何类型疫苗的任何生产商使用，包括SARS-CoV-2的新变种疫苗或流感疫苗。虽然我们不是疫苗开发者，但我们将这种基础知识作为一个新的技术平台提供给那些开发者。”他说。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

使用手性金纳米粒子增强免疫反应（Using chiral gold nanoparticles to enhance immune response）

Abstract

Chirality is a unifying structural metric of biological and abiological forms of matter. Over the past decade, considerable clarity has been achieved in understanding the chemistry and physics of chiral inorganic nanoparticles^1,2,3,4; however, little is known about their effects on complex biochemical networks^5,6. Intermolecular interactions of biological molecules and inorganic nanoparticles show some commonalities^7,8,9, but these structures differ in scale, in geometry and in the dynamics of chiral shapes, which can both impede and strengthen their mirror-asymmetric complexes. Here we show that achiral and left- and right-handed gold biomimetic nanoparticles show different in vitro and in vivo immune responses. We use irradiation with circularly polarized light (CPL) to synthesize nanoparticles with controllable nanometre-scale chirality and optical anisotropy factors (g-factors) of up to 0.4. We find that binding of nanoparticles to two proteins from the family of adhesion G-protein-coupled receptors (AGPCRs)—namely cluster-of-differentiation 97 (CD97) and epidermal-growth-factor-like-module receptor 1 (EMR1)—results in the opening of mechanosensitive potassium-efflux channels, the production of immune signalling complexes known as inflammasomes, and the maturation of mouse bone-marrow-derived dendritic cells. Both in vivo and in vitro immune responses depend monotonically on the g-factors of the nanoparticles, indicating that nanoscale chirality can be used to regulate the maturation of immune cells. Finally, left-handed nanoparticles show substantially higher (1258-fold) efficiency compared with their right-handed counterparts as adjuvants for vaccination against the H9N2 influenza virus, opening a path to the use of nanoscale chirality in immunology.