“鼻内口罩”有望加固抵御病毒防线

  你能想象得到吗？只需轻轻喷一喷，就能在鼻子内“戴”上一层“口罩”。中国科学院过程工程研究所（以下简称过程工程所）的科研人员创制了一种“鼻内口罩”，可以在一定程度上完成对病毒的拦截并让病毒失活，可大幅度的降低病毒感染的风险。研究显示，在小鼠、人鼻腔数字模型、人呼吸道仿真模型验证中，“鼻内口罩”均表现出显著的防护效果。

  什么是“鼻内口罩”，其防护原理是什么，和普通口罩相比它有什么优势？科技日报记者就这样一些问题采访了相关专家。

  气溶胶是病毒性呼吸道传染病的主要传播方式。鉴于病毒气溶胶能够最终靠鼻腔侵入人体，研究人员设想，是不是能够在鼻腔处设置一道“关卡”或“护盾”，即涂上可以有效拦截病毒甚至灭活病毒的涂层？基于多年的生物剂型工程研究基础，中国科学院院士、过程工程所研究员马光辉和过程工程所研究员魏炜团队创制了“鼻内口罩”。

  实际上，“鼻内口罩”是一种嵌合细胞囊泡的温度敏感型凝胶。它由表面高表达病毒受体的微米级细胞囊泡，嵌合在携带正电荷的温敏型水凝胶中构成。在室温状态下，它呈现液态并可以喷雾的方式进入鼻腔中。当液态的“鼻内口罩”进入鼻腔后，在人体温度的作用下，可以很快地由液态转化为凝胶态，从而在鼻腔中形成一层凝胶防护层。

  “该防护层可以通过拦截和诱捕这两种作用，阻止病毒气溶胶进入肺部，还可以使病毒气溶胶中的病毒失去感染能力。”论文共同第一作者、过程工程所副研究员王双说，当病毒气溶胶被吸入鼻腔时，该凝胶防护层中的正电荷凝胶能够拦截并吸附带负电荷的病毒气溶胶颗粒，从而阻断其向下游气管及肺部的传播；而嵌合在凝胶中的微米级细胞囊泡，能够进一步借助表面高表达的病毒受体，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。上述两种作用协同，可降低病毒感染的风险。

  王双介绍，在本研究中，团队制备出微米级细胞囊泡作为病毒“诱饵”。它的内部具有较大的空间，可以通过内化的方式遮蔽病毒的感染蛋白，大幅度的降低病毒感染的风险。更重要的是，微米级细胞囊泡表面的病毒受体完全来自病毒的宿主细胞，而病毒感染细胞的过程必须借助宿主细胞膜表面的病毒受体。因此，这种结合不会由于病毒发生突变而丧失。这也就从另一方面代表着微米级细胞囊泡内化病毒并使病毒失活的能力不会因为病毒变异而失效，能够适用于病毒的不同变异株。

  这项研究创新性地将计算流体力学—离散颗粒模拟（CFD-DPS）技术，与基于电子计算机断层扫描（CT）数据的3D重构技术运用到病毒气溶胶鼻内防护领域的研究中。研究还首次构建了人呼吸道仿真模型，来模拟真实人体在呼吸作用下吸入病毒气溶胶的过程。同时，研究借助计算机模拟与实验验证相结合的方式，从多角度为“鼻内口罩”在人体上的适用性与有效性提供了有力证据。魏炜认为，研究中所使用的计算机模拟技术和人呼吸道仿真模型等创新模型，为病毒防护领域的研究者提供了一些新思路。

  相比普通口罩，“鼻内口罩”具有一些明显优势。胡校铭介绍，在使用部位上，普通口罩是佩戴在面部的；“鼻内口罩”是施加在鼻腔内部的。在防护机理上，普通口罩主要发挥物理阻隔作用，将病毒拦截在呼吸道以外，但不能使黏附在口罩上的病毒失活；“鼻内口罩”不仅仅可以拦截病毒，而且还能进一步使被拦截的气溶胶中的病毒失去感染能力，降低病毒感染细胞的可能性。在真实的生活中，可以将“鼻内口罩”与普通口罩联合使用。普通口罩用以物理阻隔大部分病毒气溶胶颗粒，而“鼻内口罩”能够进一步将通过口罩缝隙吸入的病毒进行拦截、捕获并使其失活。

  更重要的是，鉴于该体系构建的通用性、灵活性和安全性，未来在应对新发病毒性呼吸道传染病时，研究人员能利用基因编辑等手段，使已有的工程化细胞表达该病毒对应的病毒受体。这样就可快速制备出针对新发病毒气溶胶的“鼻内口罩”，以迅速响应新发病毒性呼吸道传染病，降低这些传染病的传播速率，减少其对公共卫生安全的威胁。记者 陆成宽