科学家提出鼻内口罩新策略
中国科学院过程工程所 科学家提出“鼻内口罩”新策略
气溶胶是病毒性呼吸道传染病的主要传播方式。近期，中国科学院过程工程研究所（以下简称过程工程所）提出一种“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，该新策略均具有显著防护效果。相关工作于12月18日在《自然-通讯》上发表。
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基于多年的生物剂型工程研究基础，创制了“鼻内口罩”这种新的防护策略来加强对于病毒气溶胶传播的阻断，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）。
鼻内口罩的作用机制。科研团队供图
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。通过上述“拦截”和“失活”的协同作用，大大降低病毒感染的风险。
科研人员介绍，研究团队在基于小鼠的病毒感染模型与病毒传播模型上证实，“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。随后，进一步借助人鼻腔电子计算机断层扫描（CT）数据构建了鼻腔数字模型，同时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高达93.2%。
研究团队还借助3D打印技术获得了鼻腔实物模型，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。由于病毒的变异不会影响其与受体的结合，“鼻内口罩”对于相应病毒不同变异株的气溶胶均具有同等的防护效果。
科研人员表示，上述成果仍属于临床前研究阶段，实际临床疗效有待进一步验证。
他们期待，鉴于该体系构建的通用性、灵活性和安全性，在未来应对病毒性呼吸道传染病时，有望通过更换微米级细胞囊泡上的病毒受体，快速构建病毒特异的防护型“鼻内口罩”，并且可以通过与传统口罩的联合使用，更高效地阻断病毒气溶胶传播。
过程工程所博士生胡校铭、副研究员王双、博士生付少童为该论文共同第一作者，魏炜、马光辉、王利民为共同通讯作者。
相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41467-023-44134-w