一種納米海綿，在吸收了由MRSA（抗甲氧西林金黃色葡萄球菌）產生的一種危險的造孔毒素后，能作為一種安全有效的疫苗，對抗這種毒素。這種“納米海綿疫苗”能開啟小鼠的免疫系統，阻止MRSA產生的α-溶血素的不良反應——不論在血液中，還是在皮膚上。加州大學圣地亞哥分校的納米工程師們，在12月1日的Nature Nanotechnology雜志上，描述了這種納米海綿疫苗的安全性和有效性。

實驗的“類毒素疫苗”平臺基礎上的納米海綿，是由一個核心包在紅血細胞細胞膜里的聚合物構成的生物相容性粒子。每個納米海綿的紅血細胞細胞膜，不需要通過加熱或化學過程破壞毒素的結構完整性，就能“抓住”和“拘留”金黃色葡萄球菌毒素α-溶血素。這些毒素鑲嵌的納米海綿，作為疫苗能夠觸發小鼠體內的中和抗體和擊退其它致死劑量的毒素。

類毒素疫苗防御一種毒素或一組毒素，而不是防御產生這些毒素的有機體。當耐藥性問題惡化時，類毒素疫苗提供了一種無需依賴抗生素來抗擊感染的很有前景的途徑。

加州大學圣地亞哥分校雅各布斯工程學院的納米工程教授、本文的資深作者Liangfang Zhang稱：“采用我們的類毒素疫苗，我們不需要擔心耐藥性。我們直接靶定了α-溶血素毒素。這些毒素產生一個有毒的環境，從而充當一種防御機制，使免疫系統更難對抗葡萄球菌屬細菌。”

除了MRSA和其它葡萄球菌感染，納米海綿疫苗方法還能用來制造能夠防御更多毒素的疫苗，包括由大腸桿菌和幽門螺旋桿菌產生的毒素。

由加州大學圣地亞哥分校Zhang教授的納米材料和納米醫學實驗室進行的這項研究工作，包括納米工程博士后Cheming Hu，納米工程研究生Ronnie Fang和Brian Luk。

研究者發現，比起熱處理的葡萄球菌毒素制成的類毒素疫苗，他們的納米海綿疫苗更加安全和有效。經過一次感染后，采用熱處理版本疫苗的葡萄球菌感染小鼠，只有10%存活下來，而采用納米海綿疫苗的小鼠，存活率則達到50%。采用兩個加強注射后，使用納米海綿疫苗的小鼠存活率最多可達100%，而使用熱處理毒素的為90%。

Zhang也在加州大學圣地亞哥分校穆爾斯癌癥中心工作，他說：“納米海綿疫苗，也能完全阻止毒素對皮膚的損害，在皮膚上經常發生MRSA感染。”

抗擊造孔毒素

這項研究是加州大學圣地亞哥分校的納米工程師們在今年早些時候提出的一個項目的轉折，早期的這個項目指出：納米海綿能吸收人體中各種各樣的造孔毒素——從細菌蛋白到蛇毒。

造孔毒素通過在一個細胞的細胞膜上穿孔而發揮作用，讓細胞基本上泄漏至死。但是，當毒素攻擊包在納米粒子上的紅血細胞細胞膜時，“什么都不會發生，在那里只是鎖住了毒素，”Zhang解釋道。

納米工程師們想知道，如果他們以這種方式，用葡萄球菌毒素裝載其中一個納米海綿，會發生什么？他們還提出了整個免疫系統的一個重要組成部分，稱為樹突狀細胞。這些裝載的粒子能觸發一個免疫系統和擔當類毒素疫苗的角色嗎？

葡萄球菌毒素非常強大，以至于它能以其不變的形式，殺死免疫細胞。因此，大多數疫苗候選者，都利用一種熱的或化學處理的毒素版本，這就使其蛋白的一部分被解開，使其變得有點更弱。但是這個過程也會使毒素的免疫反應更弱。

Zhang解釋道：“你越是加熱它，毒素就會越安全，但是你越是加熱它，你就會更加傷害蛋白的結構。這種結構是免疫細胞識別和構建其抗體進行抗擊的結構。”

納米海綿類毒素疫苗，通過“拘留”而不是改變葡萄球菌毒素解決了這個問題。就像一名危險但沒戴手銬的犯人一樣，葡萄球菌毒素能不造成任何傷害而導致免疫系統的樹突狀細胞。

在這之前，“你沒有任何辦法將一個天然毒素傳遞到免疫細胞中去，而不會傷害細胞，但是這種技術使我們能夠做到。”Zhang說。

每個疫苗粒子直徑大約85納米，大約1000個疫苗粒子，才跟人類一根頭發的寬度相當。研究者發現，在感染后大約兩星期，它們被從人體內清除。

金黃色葡萄球菌

葡萄球菌屬細菌是皮膚感染最常見的起因之一，能引起敗血癥和外科感染，也引起肺炎。根據疾病控制和預防中心的調查顯示，每年大約有80000名美國人遭受侵入的MRSA感染，他們之中有超過11000人死去。目前，還沒有批準的疫苗來保護人類抗擊與葡萄球菌有關的毒素，包括那些MRSA菌株引起的毒素。

葡萄球菌疫苗的想法，是研究者在思考他們的納米海綿的勝利時產生的。他們想知道，如果粒子能夠很好的收集毒素，那么一個充滿毒素的粒子的潛在作用是什么？Zhang指出：“老實說，從開始到現在，我們從來沒有想到疫苗的作用。但是當我們做研究時，我們總是想從相反的方向來看問題。”

Zhang指出，在某種程度上，類毒素疫苗使他們想到，第一次將粒子用作一種癌癥藥物傳送裝置。他說，粒子“工作如此的出色，”很可能會一次“拘留”幾個毒素，制造“一種抗擊很多種造孔毒素（從葡萄球菌到蛇毒）的疫苗”。