德克萨斯大学达拉斯分校的科学家们进行的一项新研究可以帮助解决在全球范围内部署某些COVID-19疫苗的一个重大挑战——在运输和储存过程中，疫苗需要保持在冰点以下的温度。

　　在4月13日在线发表的一项研究中，研究人员展示了一种新的，廉价的技术，可以在精致的脂质体和其他脂质纳米颗粒周围产生晶体外骨骼，并在室温下长时间稳定-长达两个月-在他们的概念验证实验中。

　　Moderna和辉瑞/BionTech公司的COVID-19疫苗使用脂质纳米颗粒(基本上是脂肪分子球体)来保护和传递信使RNA，使疫苗接受者对SARS-CoV-2病毒产生免疫反应。

　　这个研究项目的想法始于Gassensmith和Gabriele Meloni博士之间的一次咖啡休息讨论，Gabriele Meloni博士是该研究的通讯合著者，也是德州大学达拉斯分校自然科学与数学学院化学和生物化学助理教授。

　　Gassensmith的专业领域是生物材料和金属有机框架，而Meloni的研究重点是跨膜转运蛋白。这些蛋白质位于细胞膜内，对于将各种小分子(包括离子和微量金属)运入和运出细胞具有重要作用。

　　“膜蛋白位于细胞膜上，这是一种脂质双分子层，”Meloni说。“为了研究它们的结构和生物物理生化特性，我们必须使用洗涤剂从膜中提取这些蛋白质，然后将它们重新组装成一种人造膜——一种蛋白质脂质体——模仿蛋白质的自然环境。”

　　Gassensmith说，脂质纳米颗粒和脂质体在结构上是相似的，在室温下都不是热力学稳定的。脂质结构可以融合或聚集，暴露任何嵌入的膜蛋白或货物的降解。

　　“我研究领域的一个挑战是，膜蛋白和脂质双分子层都非常微妙，本质上是亚稳态的，我们正试图将它们结合起来，以了解这些蛋白质是如何起作用的，”Meloni说。“我们必须小心处理它们，每次都要准备新鲜的。它们不能长期储存，也不容易运送给其他实验室的同事。”

　　研究人员联合起来开发了一种方法来稳定这种脂质系统，并以Meloni实验室的跨膜蛋白为例展示了他们的结果。

　　他们将脂质体——一些有嵌入的蛋白质，一些没有——与两种廉价的化学物质醋酸锌和甲基咪唑的混合物混合在缓冲溶液中。大约一分钟后，晶体基质开始在单个脂质体周围形成。

　　“我们认为脂质与锌的相互作用足以形成初始的锌-甲基咪唑结构，然后在脂质球周围生长并完全包裹它，就像外骨骼一样，”Gassensmith说。“这类似于生物矿化，这就是某些动物形成贝壳的方式。我们在创造这个完全假的外壳时选择了大自然，生物大分子——脂质和蛋白质——催化了这个外骨骼的生长。”

　　Gassensmith说，在生物分子周围形成仿生外壳的能力并不新鲜，但这一过程在脂质或脂质体上并不奏效，因为构成外壳材料的金属盐通过渗透作用将水从脂质体中吸出，并导致它们爆炸。

　　Gassensmith说:“这项研究的关键之一是确定所有东西都存在的缓冲溶液。”

　　三位研究生合作开发了一种独特的缓冲介质，使反应能够发生。

　　“缓冲介质保持溶液的离子强度，保持pH值稳定，这样当你添加大量金属盐时，它不会渗透冲击系统，”Fabián Castro BS'18说，他是Gassensmith实验室的化学博士生，也是该研究的主要作者。

　　卡斯特罗和梅洛尼实验室的化学博士生Sameera Abeyrathna和Nisansala Abeyrathna共同开发了缓冲配方。

　　一旦生物分子长出外壳，它们就被锁在里面，脂质就保持稳定。虽然外骨骼非常稳定，但它也有一个致命的弱点。

　　“如果壳遇到被锌吸引的东西，它就会溶解，”加森史密斯说。“因此，为了释放和重建脂质体，我们使用了一种称为EDTA(乙二胺四乙酸)的锌螯合因子，这是一种常见的廉价食品添加剂和用于治疗铅中毒的药物。”

　　除了实验室实验之外，在另一个概念验证练习中，Gassensmith通过美国邮政服务将稳定脂质颗粒的样品邮寄给了他在罗德岛的母亲。她把它们运回了德克萨斯州，但由于2019冠状病毒病大流行迫使德州大学达拉斯分校的大多数研究实验室在2020年关闭，这些样本在大约两个月的时间里没有被动过，直到研究生们回到校园检查它们。加森史密斯说，尽管这个非正式的实验持续的时间比研究人员预期的要长得多，但样本保存下来，功能“很好”。

　　“这个项目需要两种不同类型的专业知识——我的团队在膜转运蛋白方面的专业知识，以及Gassensmith博士在金属有机框架方面的长期工作经验，”Meloni说。“我们的成功清楚地表明，这种合作研究可以带来新颖而有用的结果。”