由DNA制成的中空纳米物体可以捕获病毒并使它们无害

迄今为止，还没有针对大多数病毒感染的有效解毒剂。慕尼黑工业大学 (TUM) 的一个跨学科研究团队现在开发了一种新方法：他们使用 DNA 折纸方法用遗传材料定制的纳米胶囊吞噬和中和病毒。该策略已经在细胞培养物中针对肝炎和腺相关病毒进行了测试。它也可能证明对是成功的。

有针对危险细菌的抗生素，但很少有治疗急性病毒感染的解毒剂。有些感染可以通过接种疫苗来预防，但开发新疫苗是一个漫长而费力的过程。

现在，来自慕尼黑工业大学、慕尼黑亥姆霍兹中心和布兰迪斯大学(美国)的跨学科研究团队提出了一种治疗急性病毒感染的新策略：该团队开发了由 DNA 制成的纳米结构，DNA 是构成我们的遗传物质，可以捕获病毒并使它们无害。

DNA纳米结构

甚至在日冕病毒的新变种使世界搁置之前，慕尼黑工业大学物理系生物分子纳米技术教授亨德里克·迪茨 (Hendrik Dietz) 和他的团队就在致力于构建能够自行组装的病毒大小的物体。

1962 年，生物学家唐纳德·卡斯帕 (Donald Caspar) 和生物物理学家亚伦·克鲁格 (Aaron Klug) 发现了构建病毒蛋白质包膜的几何原理。基于这些几何规格，在美国布兰迪斯大学的 Seth Fraden 和 Michael Hagan 的支持下，慕尼黑工业大学 Hendrik Dietz 周围的团队开发了一个概念，使生产病毒大小的人造空心体成为可能。

2019 年夏天，该团队询问这种空心体是否也可以用作一种“病毒陷阱”。如果它们的内部衬有病毒结合分子，它们应该能够紧密结合病毒，从而能够将它们带出循环。然而，为此，空心体还必须具有足够大的开口，病毒可以通过这些开口进入外壳。

“当时我们使用 DNA 折纸技术建造的任何物体都无法吞噬整个病毒——它们太小了，”亨德里克·迪茨回顾说。“建造这种尺寸的稳定空心体是一个巨大的挑战。”

病毒陷阱套件

从二十面体(由 20 个三角形表面组成的物体)的基本几何形状开始，该团队决定用三维三角形板建造病毒陷阱的空心体。

为了将 DNA 板组装成更大的几何结构，边缘必须稍微倾斜。边缘结合点的正确选择和定位可确保面板自组装到所需的对象。

“通过这种方式，我们现在可以使用三角形板的精确形状对所需物体的形状和大小进行编程，”Hendrik Dietz 说。“我们现在可以生产多达 180 个子单元的物体，并实现高达 95% 的产量。然而，那里的路线非常艰难，需要多次迭代。”

病毒被可靠地阻止

通过改变三角形边缘的结合点，该团队的科学家不仅可以创建封闭的空心球体，还可以创建具有开口或半壳的球体。然后这些可以用作病毒陷阱。

该团队与 TUM 病毒学研究所所长、慕尼黑亥姆霍兹中心病毒学研究所所长 Ulrike Protzer 教授的团队合作，在腺相关病毒和乙型肝炎病毒核心上测试了病毒陷阱。

“即使是大小合适的简单半壳也显示出病毒活性的显着降低，”Hendrik Dietz 说。“如果我们在内部放置五个病毒结合位点，例如合适的抗体，我们已经可以将病毒阻断 80%，如果我们加入更多，我们就可以实现完全阻断。”

为了防止 DNA 颗粒在体液中立即降解，该团队用紫外线照射完成的构建块，并用聚乙二醇和寡聚赖氨酸处理外部。因此，颗粒在小鼠血清中稳定 24 小时。

通用构造原理

现在下一步是在活老鼠身上测试构建块。“我们非常有信心，这种材料也能被人体很好地耐受，”迪茨说。

“细菌有新陈代谢。我们可以用不同的方式攻击它们，”Ulrike Protzer 教授说。“另一方面，病毒没有自己的新陈代谢，这就是为什么抗病毒药物几乎总是针对单个病毒中的特定酶。这样的发展需要时间。如果可以实现简单地机械消除病毒的想法，这将是广泛适用的，因此是一个重要的突破，特别是对于新出现的病毒。

病毒捕集器的原材料可以以合理的成本通过生物技术进行大规模生产。“除了建议的病毒陷阱应用之外，我们的可编程系统还创造了其他机会，”Hendrik Dietz 说。“也可以将其用作疫苗接种的多价抗原载体、基因治疗的 DNA 或 RNA 载体或药物的运输工具。”

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