目前，全球諸多科研單位正在為 COVID-19 病毒積極尋找一種有效的疫苗，一旦研制成功，那下一個挑戰(zhàn)或?qū)⑹窃谑澜绺鞯刂圃旌头咒N它。

來自得州大學(xué)奧斯汀分校藥劑學(xué)教授瑪麗亞·克羅伊爾（Maria Croyle）的研究團隊開發(fā)出了一種新技術(shù)，可以將活病毒和生物藥物穩(wěn)定在一種無需冷藏、可以口服的快速溶解薄膜中，不僅能提供與注射一樣有效的劑量，而且有效期可達 3 年之久。

這項研究曾針對埃博拉疫苗進行試驗，三年前制作的含有病毒的薄膜被保存在實驗室的密封容器中。研究人員給它們進行“補水”，并對它們進行測試，以確定疫苗是否仍然能夠誘導(dǎo)免疫反應(yīng)。令人驚訝的是，薄膜中超過 95% 的病毒仍然活躍，對于一種不需冷藏的疫苗來說，達到這種保質(zhì)期是驚人的。

幾乎所有儲存的疫苗都會隨著時間的推移失去效力，而貯存溫度是很大的影響因素之一，保持疫苗持續(xù)冷藏是困難和花成本的，尤其是在一些發(fā)展中或落后的國家、地區(qū)，這些條件可能不具備。

這項新技術(shù)論文近日發(fā)表在 Science Advances ( Science 子刊）雜志上，未來可能大幅改善全球獲得疫苗和其他生物藥物的機會，改變疫苗藥品在全球的現(xiàn)有流通方式。

圖｜研究人員制作的快速溶解薄膜（來源：CC BY-ND）

據(jù)了解，該研究團隊從 2007 年開始研究這項技術(shù)，當(dāng)時美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）提出需求要開發(fā)一種無針、穩(wěn)定的疫苗運送方法。

而利用薄膜封存疫苗的靈感，則來自于一部講述昆蟲和其他生物 DNA 如何在琥珀中保存數(shù)百萬年的紀(jì)錄片。不過這只是一個簡單的設(shè)想，從來沒有試驗成功過，在疫苗儲存過程中要么會破壞形成膜或結(jié)晶的有機物，要么將病毒或想要保存的細菌滅活。但最后，研究人員終于發(fā)現(xiàn)了一種可以將病毒和細菌懸浮在可剝離薄膜中的配方。

圖｜諸如麻疹、小兒麻痹癥、流行性感冒、乙型肝炎和埃博拉病毒的疫苗，以及用于治療感染和癌癥的許多治療性抗體，都可以小心地夾在保護層之間。（來源：CC BY-ND）

這項新的薄膜技術(shù)，可以在長時間不冷藏的情況下保存活病毒、細菌、抗體和酶。研究結(jié)果證明，通過 16 次凍融循環(huán)仍可以回收活病毒，而且通過舌下和口腔途徑對小白鼠施用活流感病毒可誘導(dǎo)抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，其效果與肌肉注射的效果相同甚至更好。

在最初的試驗中，研究人員們篩選了 400 多種制劑，以確定其增強基于腺病毒的埃博拉疫苗的免疫應(yīng)答能力，然后評估能提供良好體內(nèi)數(shù)據(jù)的制劑，以及在薄膜基質(zhì)中穩(wěn)定重組腺病毒的能力，進一步的研究表明，有一種制劑可在室溫下使腺病毒穩(wěn)定保存 3 年，該薄膜技術(shù)還能夠在室溫下保存活菌 8 個月，并且在重組后的存活率損失最小。在室溫下，嵌入該薄膜中的一級抗體和抗體酶結(jié)合物的性能優(yōu)于在相同條件下存儲在制造商液體配方中的相同產(chǎn)品的性能。

圖｜薄膜技術(shù)在環(huán)境溫度下長時間穩(wěn)定活微生物和生物化合物。（來源：Science Advances）

如上圖所示，圖 C 展示了重組腺病毒在固體膜基質(zhì)中 36 個月的穩(wěn)定性情況，復(fù)制膜保存在 20°C 下，用無菌水重組，用標(biāo)準(zhǔn)限制稀釋試驗評估感染滴度；圖 D 為含活菌膜在 20℃下的 6 個月穩(wěn)定性曲線；圖 E 展示了一級抗體在薄膜中穩(wěn)定并在 20°C 室溫下保存 30 天的結(jié)合親和力優(yōu)于制造商產(chǎn)品在相同條件下作為液體保存的結(jié)合親和力；圖 F 展示了在 20℃的薄膜中保存后，恢復(fù)驢抗鼠 IgG 抗體 AP192P、辣根過氧化物酶（HRP）結(jié)合物（Millipore）的結(jié)合親和力。

此外，為了確定在新型薄膜中恢復(fù)和保留病毒感染性的關(guān)鍵因素，研究人員根據(jù)分項因子設(shè)計評估了 30 多種緩沖液和賦形劑的組合，初步研究了溶劑、堿濃度、粘合劑和表面活性劑的存在以及最終配方的 pH 值對感染性病毒的恢復(fù)影響。

具體而言，確定穩(wěn)定性的關(guān)鍵配方成分包括溶劑，賦形劑選擇和 pH。在沒有緩沖劑的情況下，用最低量的堿性賦形劑生產(chǎn)的薄膜不能恢復(fù)感染性病毒，使用磷酸鹽緩沖鹽（PBS）制備含有最低濃度堿基的薄膜可顯著提高感染性病毒顆粒（ivp）的回收率（73%），用低和中等堿濃度的 tris 緩沖液制備的制劑顯示活病毒的回收率大于 95%。干燥后能夠恢復(fù) 90％以上原始病毒滴度的薄膜制劑的最終 pH 值在 6.5 至 7.4 范圍內(nèi)。

圖｜保持病毒從膜基質(zhì)中恢復(fù)的溶劑和賦形劑組合在干燥過程中保持最佳 pH（來源：Science Advances）

另外，表面活性劑對病毒從薄膜中釋放的速率起作用。單獨用基本賦形劑制備的薄膜在置于 37°C 的 PBS 中并緩慢攪動后，以每分鐘 6.3×10^6 ivp / ml 的速度釋放病毒，添加山梨糖醇可使該速率增加了兩倍，當(dāng)制劑中同時還包含表面活性劑時，速率可增加 10 倍，達到每分鐘 6.0×10^7 ivp / ml。

圖｜從膜基質(zhì)釋放病毒是可調(diào)的，圖 A 通過逐步添加賦形劑制備的膜的病毒釋放速率，圖 B 包含堿，粘合劑和表面活性劑組合的薄膜的累積釋放曲線，25、27、28 代表不同配方代號。（來源：Science Advances）

試驗結(jié)果顯示，僅使用基本賦形劑（配方 25）制備的薄膜在 5 分鐘內(nèi)釋放了 90％的劑量，2 小時后僅釋放了總劑量的 97％。加入山梨糖醇（配方 27）導(dǎo)致 5 分鐘后釋放 88％的劑量，但 2 小時后僅略微改善釋放至全劑量的 98％。添加含有表面活性劑和山梨糖醇的薄膜（配方 28）可在 5 分鐘內(nèi)把全部感染病毒釋放出來。

關(guān)于膜的機械性能，團隊在篩選過程中也評估了每種薄膜配方的效果，因為薄膜的延展性不僅決定了生產(chǎn)的可行性，還決定了其易于操作和操縱的程度，經(jīng)過評估，山梨糖醇被選為最理想的粘合劑。

研究人員也對薄膜的疫苗效力進行了體內(nèi)評估。將包含穩(wěn)定的 H1N1 流感病毒薄膜基質(zhì)施用于 BALB/c 小鼠的 BU 和 SL 粘膜，薄膜放入口腔后 30 到 60 秒內(nèi)溶解。同時，通過肌肉注射途徑分別給予同等劑量的病毒給小鼠進行對比試驗，免疫后 28 天收集的血清分析表明，所有治療組的抗流感免疫球蛋白 G（IgG）抗體水平與具有確定的保護性中和抗體滴度的對照抗體之間均無顯著差異。

與通過肌肉注射的動物相比，通過 BU 黏膜途徑免疫的動物具有更高的中和抗體水平，且薄膜制劑具有良好的耐受性，并且在給藥和溶解膜后對 BU 或 SL 粘膜無可見刺激，證明了*口服免疫策略的可行性。

圖｜A 指不同免疫途徑給予的病毒劑量，B 指產(chǎn)生的抗體免疫強度，IM，肌內(nèi)；IN，鼻內(nèi)；SL，舌下；BU，頰部。（來源：Science Advances）

這種新型的薄膜技術(shù)可以用更小的空間容納單劑量的疫苗，團隊粗略計算，把 35 萬劑卡介苗加入到這樣的薄膜產(chǎn)品中時，大概就是 600 張 8.5×11 英寸的床單，重量僅約 3 公斤，而如果用目前的存儲和包裝（小瓶和安瓿稀釋液等）來分裝相同劑量的疫苗數(shù)量，則需要一個美式足球場（5749 平方米）的空間來儲存，且重量高達 2730 公斤。

圖｜該技術(shù)可以節(jié)省空間的形式穩(wěn)定保存疫苗，使其更易于在全球范圍內(nèi)運輸和分發(fā)。（來源：CC BY-ND）

舉個最典型的例子，2004 年菲律賓消除麻疹計劃在一個月內(nèi)為 1800 萬兒童進行了免疫接種，共生產(chǎn)了 1950 萬個注射器，接種計劃完成后則意味著留下 143 噸尖銳廢物和將近 80 噸醫(yī)療垃圾（空瓶、注射器包裝紙、瓶蓋、棉簽和包裝等），目前市場上的大多數(shù)流感疫苗都是通過注射給藥的，基于薄膜基質(zhì)穩(wěn)定的疫苗可以通過無針方式自行口服避免醫(yī)療垃圾的產(chǎn)生。

此外，據(jù)約翰·霍普金斯大學(xué)彭博公共衛(wèi)生學(xué)院的一項調(diào)研顯示，在 2011-2020 年的 10 年內(nèi)，在 94 個國家/地區(qū)實施的 18 種疫苗接種計劃總共花費了約 640 億美元，其中一半以上的成本來自于服務(wù)交付，金額達 340 億美元，另外還有 40 億美元的供應(yīng)鏈成本，而新的薄膜技術(shù)有望大幅降低當(dāng)下疫苗和其他生物藥品的存儲、分發(fā)、管理等相關(guān)成本。

來源：麻省理工科技評論