Lipitoids与DNA和RNA发生自组装，可作为抗病毒疗法中的细胞运输系统，预防COVID-19和其它冠状病毒感染。 （图片来源：R.N. Zuckermann）

美国斯坦福大学的科研团队正在与分子工厂（Molecular Foundry）的研究人员合作，致力于开发基因靶向的抗COVID-19药物。分子工厂是美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的纳米科学方向的用户导向部门。

去年，斯坦福大学生物工程、化学和系统生物学系助理教授Stanley Qi和团队开始研究一种名为PAC-MAN的技术，即利用CRISPR基因编辑技术来对抗流感。

但是当一月COVID-19开始全球流行时，一切都改变了。Qi和他的团队突然间面对着一种全新的、无人知晓解决办法的病毒。他们开始考虑用PAC-MAN技术来对付COVID-19。

自3月底以来，Qi和团队一直在与Michael Connolly领导的团队合作。Michael Connolly是伯克利实验室分子工厂生物纳米结构部的首席工程助理。他们致力于开发可将PAC-MAN送入患者细胞的系统。

和所有的CRISPR系统一样，PAC-MAN由一个酶和一段向导RNA组成。在PAC-MAN中，酶是负责杀死病毒的Cas13酶，向导RNA可以引导Cas13破坏冠状病毒基因组中的特定核酸序列。通过破坏病毒的基因序列，PAC-MAN可以杀灭冠状病毒，使之不再在细胞中复制。

PAC-MAN的运输是关键

Qi表示，将PAC-MAN从分子工具转变为抗COVID-19疗法的关键之处在于找到一个高效的方法将它运到肺部的细胞中。当引起COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2入侵肺部后，感染者的肺泡开始发炎并充满组织液，从而影响患者的呼吸能力。

Qi接着说：“但我的实验室并不负责研究运输策略。”因此在3月12日，他们发表了论文的预印本，尽管希望渺茫，他们仍然希望能够吸引到他们的潜在合作者——细胞运输技术方面的专家。

很快，他们了解到Connolly在分子工厂有关合成lipitoid分子的工作。

Lipitoid是一种和peptoid很像的合成多肽。Peptoid最早在20年前由Connolly的导师Ron Zuckermann发现。在那之后的几十年里，Connolly和Zuckermann一直致力于开发lipitoid等运输peptoid的分子。通过与分子工厂用户的合作，他们阐明了lipitoid运输DNA和RNA到多种细胞系中的高效性。

如今，研究将lipitoid应用于临床治疗的科学家发现这些材料对人体无毒，并且可以用于运输核酸。他们将核酸封装进直径1nm的纳米颗粒中，其大小与病毒相当。

Qi希望他的基于CRISPR的COVID-19疗法可以加入分子工厂不断发展的lipitoid运输系统中。

4月底，斯坦福大学的研究人员测试了一种lipitoid——Lipitoid 1。在人类肺泡上皮细胞样本中，Lipitoid 1可以和DNA、RNA一起自组装成PAC-MAN载体。

Qi表示，lipitoids在运输PAC-MAN时表现得非常好。当lipitoid和靶向冠状病毒的PAC-MAN组装在一起时，溶液中合成的SARS-CoV-2数量减少了90%以上。Qi说：“伯克利实验室分子工厂提供了一个改变我们研究的分子利器。”

该团队下一步计划在动物模型中测试PAC-MAN/lipitoid系统对抗SARS-CoV-2病毒的有效性。他们将与美国纽约大学（New York University）和瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院（Karolinska Institute）的研究人员合作。

如果成功，Qi和团队希望能继续与Connolly团队合作，发展出针对SARS-CoV-2以及其他冠状病毒的PAC-MAN/lipitoid治疗方法，并尝试扩大临床前试验的规模。

Connolly说：“高效的lipitoid运输和CRISPR结合，不仅是对抗COVID-19的有效手段，也可以防止今后出现新的病毒流行事件。”

Qi补充道：“每个人都在夜以继日地工作，希望找到新的解决方案。在当前的困难时期，结合专业知识，各机构一起合作试验新想法是非常有益的。”目前，Qi的预印本论文已通过同行评审，发表在《细胞》（Cell）上。

作者：Theresa Duque

翻译：唐儆

审校：巢栩嘉

引进来源：美国劳伦斯伯克利国家实验室

引进链接：https://phys.org/news/2020-06-scientists-aim-gene-targeting-breakthrough-covid-.html


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