带有缩短冠状病毒刺突蛋白的铁蛋白纳米颗粒的示意图可视化，这是斯坦福大学SARS-CoV-2候选疫苗的基础。信贷:两人徐
斯坦福大学的研究人员正在致力于开发一种单剂量的SARS-CoV-2疫苗，这种疫苗可能可以在室温下储存。
在流感大流行之前，斯坦福大学生物化学家彼得·s·金(Peter S. Kim)的实验室专注于开发艾滋病毒、埃博拉和大流行性流感的疫苗。但是，作为COVID-19预防措施的一部分，在关闭校园实验室的几天内，他们将注意力转向了导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的疫苗。尽管冠状病毒不在该实验室的特定专业领域，但他们和他们的合作者已经成功构建和测试了一种很有前途的候选疫苗。
“我们的目标是制造一种不需要冷链存储或运输的单次注射疫苗。如果我们成功地做得很好，它也应该是廉价的，”金说，他是弗吉尼亚和d·k·路德维希生物化学教授。我们疫苗的目标人群是低收入和中等收入国家。”
他们的疫苗于2021年1月5日发表在《ACS中央科学》杂志上的一篇论文中详细介绍了这种疫苗，其中含有布满了构成病毒独特表面突刺的相同蛋白质的纳米颗粒。除了被称为冠状病毒的原因(corona在拉丁语中是“冠”的意思)外，这些尖刺通过与宿主细胞融合，为病毒基因组进入并劫持细胞机制以产生更多病毒，从而促进感染。这些刺突也可以用作抗原，这意味着它们在体内的存在可以触发免疫反应。
纳米颗粒疫苗平衡了病毒疫苗的有效性和亚单位疫苗的安全性和易生产性。使用病毒传递抗原的疫苗通常比只包含病毒分离部分的疫苗更有效。然而，它们的生产时间更长，需要冷藏，而且更有可能产生副作用。核酸疫苗——就像辉瑞公司和Moderna mRNA疫苗最近被FDA批准用于紧急用途——生产速度甚至比纳米颗粒疫苗更快，但它们的生产成本很高，可能需要多次注射。在小鼠身上进行的初步试验表明，斯坦福纳米颗粒疫苗只需注射一剂就可以产生COVID-19免疫力。
研究人员还希望它可以在室温下储存，并正在研究它是否可以以冷冻干燥的粉末形式运输和储存。相比之下，美国发展最久的疫苗都需要在大约8到-70摄氏度(46到-94华氏度)的低温下储存。
“这真的是早期阶段，还有很多工作要做，”金实验室前博士后学者、该论文的第一作者阿比盖尔·鲍威尔(Abigail Powell)说。“但我们认为，这是一个坚实的起点，可以实现单剂量疫苗方案，在接种疫苗后不依赖于使用病毒产生保护性抗体。”
研究人员正在继续改进和微调他们的候选疫苗，目的是使其更接近于人类的初步临床试验。
来自SARS-CoV-2的刺突蛋白相当大，因此科学家们经常制定更简单、更容易使用的删节版本。在仔细检查扣球后，金英哲一行选择了去掉底部附近的部分。
为了完成他们的疫苗，他们将这种缩短的尖刺与铁蛋白(一种含铁蛋白)的纳米颗粒结合在一起，这种纳米颗粒此前已经在人类身上进行过试验。在流感大流行之前，鲍威尔一直在用这些纳米颗粒开发埃博拉疫苗。与SLAC国家加速器实验室的科学家一起，研究人员使用冷冻电子显微镜获得了刺状铁蛋白纳米颗粒的3D图像，以确认它们具有正确的结构。
在小鼠试验中，研究人员将他们缩短的刺突纳米颗粒与其他四种可能有用的变体进行了比较:带有完整刺突的纳米颗粒、没有纳米颗粒的完整刺突或部分刺突的纳米颗粒，以及只包含在感染过程中与细胞结合的刺突部分的疫苗。要测试这些疫苗对真正的SARS-CoV-2病毒的有效性，需要在生物安全级别3的实验室中进行这项工作，所以研究人员使用了一种更安全的伪冠状病毒，它经过修改，携带了SARS-CoV-2的尖刺。
研究人员通过监测中和抗体的水平来确定每种疫苗的潜在效力。抗体是血液中针对抗原产生的蛋白质;中和抗体是一种特定的抗体子集，它实际上起到阻止病毒入侵宿主细胞的作用。
单次注射后，两种候选纳米颗粒疫苗的中和抗体水平都至少是COVID-19患者的两倍，缩短的刺突纳米颗粒疫苗产生的中和反应明显高于结合刺突疫苗或全刺突(非纳米颗粒)疫苗。第二次注射后，注射了短刺纳米颗粒疫苗的老鼠体内的中和抗体水平最高。
回顾这个项目，鲍威尔估计从开始到第一次小鼠研究大约需要4周的时间。“每个人都有大量的时间和精力投入到同一个科学问题上，”她说。“这是一种非常独特的情况。我真的不希望在我的职业生涯中再次遇到这种情况。”
该论文的资深作者金说:“过去一年发生的事情真的很神奇，科学脱颖而出，能够生产出多种不同的疫苗，看起来它们对这种病毒显示出效力。”“如果你成功研制出疫苗，通常需要10年的时间。这是前所未有的。”
尽管该团队的新疫苗是专门针对那些可能更难获得其他SARS-CoV-2疫苗的人群，但鉴于其他候选疫苗的快速进展，有可能不需要它来应对当前的大流行。在这种情况下，研究人员准备再次转向，寻求一种更通用的冠状病毒疫苗，以免疫SARS-CoV-1、MERS、SARS-CoV-2和未来未知的冠状病毒。
“疫苗是生物医学研究最深远的成就之一。它们是保护人们免受疾病侵袭和拯救生命的一种极具成本效益的方法。”“这种冠状病毒疫苗是我们已经在做的工作的一部分——开发历史上很难或不可能开发的疫苗，比如艾滋病毒疫苗——我很高兴我们处于这样一种情况，如果世界需要，我们可能会带来一些东西。”
