感染是造成全球疾病負擔的主要因素。高死亡率與下呼吸道感染、腹瀉、肺結核、人體免疫缺陷病毒感染和瘧疾等疾病相關。發展中國家的死亡率最高，這些地區的疫苗和抗感染藥等資源可能有限。此外，傳染性疾病（infectious diseases，IDs）的臨床試驗也落后，因此迫切需要確定能夠更好地治療傳染性疾病的實用且有效的策略。要有效地管理傳染性疾病，必須克服許多挑戰。例如，缺乏安全有效的藥物、不良的采購做法，無法支付藥品費用以及藥品在高溫和高濕度下的穩定性差，要克服這些挑戰，就必須在科學和政策層面上作出協調一致的努力。納米技術具有改變多種疾病檢測和治療的潛力。在過去的幾十年中，納米系統一直是深入研究的主題，從而產生了FDA批準的化學治療劑、麻醉劑、顯像劑、營養補劑等。毫不奇怪，納米技術已被廣泛評估以改善ID的治療。鑒于此，麻省理工學院Giovanni Traverso等人（其中Robert Langer院士為作者之一）在Nature Nanotechnology上探討了納米技術為IDs治療提供的機會，并討論了該領域的臨床前和臨床進展，重點是HIV，TB和瘧疾。此外，研究人員還認識到納米技術正被成功地應用于SARS-CoV-2 mRNA和蛋白疫苗中。最后，他們討論了將這些技術從實驗室應用于臨床的挑戰。安全有效的藥物的可獲得性和正確使用是治療IDs的必要條件?；诩{米技術的方法已成為臨床前強化評估的主題，以提高ID藥物的治療指數并簡化其使用。研究人員重點介紹有希望的臨床前研究，并討論對其臨床轉化的挑戰。多個傳染病的給藥涉及長期治療，這給患者和醫療保健系統帶來了沉重負擔。例如HIV和結核病，這導致會降低患者的依從性，最終導致治療失敗。因此，開發降低劑量頻率并簡化劑量方案的系統引起廣泛興趣。目前，科學家一直在積極地尋求能夠持續輸送藥物的可注射納米載體。廣義上講，這些系統可分為兩類：通過賦形劑（例如聚合物或脂質）控制藥物釋放的系統，以及依靠難溶性藥物晶體在組織液中緩慢溶解的系統。相當多的研究集中在聚酯基、脂質體藥物遞送系統上，聚合物和脂質體制劑的缺點是它們需要大量的輔料來控制藥物釋放。這增加了注射的體積，并限制了藥物的劑量。緩釋系統的一個重要考慮因素是長期暴露于亞治療濃度下的可能性，這可能導致耐藥性。由于上皮表面是病原體進入和駐留的常見部位，因此向這些表面的區域性藥物遞送具有廣闊的前景。與全身給藥相比，向感染部位的局部遞送可能會增加靶標（并靶標外最小化）藥物的暴露。目前研究的涉及有：設法快速穿過粘膜的陰道局部給藥系統，肺部遞送治療呼吸感染疾病，還有外用局部治療傷口感染。在設計能夠將藥物靶向地遞送到感染部位的系統上引起廣泛的研究興趣。這是由于藥物對感染組織的滲透率低（例如，抗逆轉錄病毒藥物對腦和淋巴結的滲透率低以及抗結核藥物對空洞病變的滲透率低），藥物進入毒性部位的分布以及共生微生物的殺滅引起的。納米載體中的包封提供了實現藥物靶向的可能性，但仍有很大的改進空間。與未感染的組織相比，由于在感染部位納米載體的通透性增強，因此出現了更好的靶向聚集。納米載體表面也可以用與感染組織或微生物結合的配體功能化。后一種策略被稱為主動靶向或配體介導的靶向。因此，不依賴于特定配體的策略被稱為被動靶向。克服耐藥性是治療IDs的一個關鍵和日益增長的障礙。耐藥性是由于藥物滅活酶的分泌和或病原體轉變為代謝活性降低的狀態、形成生物膜、采用細胞內生命周期或是專性細胞內病原體引起的。藥物在宿主細胞膜上擴散不良，通過藥物轉運蛋白主動外排，可降低抗細胞內病原體的活性。另一個復雜性是，藥物分子和病原體在宿主細胞內分布不均，在沒有共定位的情況下，療效則受到影響。例如，氨基糖苷在溶酶體中大量積累，對胞漿病原體可能無效。因此，增強藥物細胞內積累和靶向亞細胞位置的策略可能會提高抗感染藥的功效。下面，研究人員將重點介紹最先進的納米技術在艾滋病感染、結核病和瘧疾方面的應用。讀者將了解到，納米技術已經在臨床和大型動物中得到了最積極的研究，用于治療和預防艾滋病毒感染。相比之下，對于瘧疾和結核病，人們對納米技術的追求卻不那么熱情。對于這些IDs，工作主要局限于嚙齒動物的臨床前試驗。研究人員還希望傳達的是，最先進的納米技術并是不復雜的，但一定具有很強的影響力。因此，也許為了讓納米技術造福于患者，它需要滿足某些原則，例如設計簡單、臨床需要和經濟熱情。艾滋病毒感染是導致全球高發病率和高死亡率的主要ID之一。長效注射抗逆轉錄病毒藥物是HIV治療中臨床上最先進的納米技術。長效可注射納米顆粒降低了給藥頻率，可以改善患者依從性。這被廣泛認為是突破性的干預措施。此外，口服抗逆轉錄病毒納米顆粒已開發用于兒科，旨在替代片劑（難以吞咽）和含酒精溶液（包含有害賦形劑）。由瘧原蟲屬的單細胞復雜原生動物引起的瘧疾是世界上最流行的寄生蟲病。盡管有超過30億人處于感染風險中，但全球瘧疾應對工作的資金自2010年以來一直處于停滯不前的狀態，2017年僅達到31億美元。作為投資的一部分，必須考慮短期和長期的瘧疾解決方案，例如使用納米技術進行治療和疫苗接種。考慮到治療瘧疾的目標產品價格為每天1美元，開發新方法的關鍵考慮因素是其成本效益。結核病每天奪走3500多人的生命，是世界上ID的頂級殺手。根據世界衛生組織（WHO）的數據，2017年有1000萬人患有結核病，全球經濟負擔每年達120億美元。此外，結核分枝桿菌是全球抗菌素耐藥性危機中最關鍵的病原體。世衛組織指南建議每天口服四種抗生素的口服藥物治療至少6個月的藥物敏感性結核病。由于長期和頻繁的給藥以及副作用，患者發現難以堅持這些治療方案，并且有發展為耐藥菌株的風險。因此，重新配制納米載體中的現有藥物是對結核病治療產生直接影響的一種有吸引力的方法。已經使用現有的結核病藥物設計了幾種基于口服納米技術的系統，并在動物模型中進行了測試。另外，可吸入性結核藥物的納米載體一直是研究的重點。目前，沒有有效的疫苗可以全面預防結核病感染。研究人員正在嘗試改進現有的BCG疫苗并衍生出新的疫苗來預防TB。上文突出了開發納米藥物來治療和預防ID的許多有前途的治療策略。然而，為了發揮最大的影響，納米技術解決方案將需要克服一些經濟成本、制造和監管方面的挑戰。1）首先，降低成本將是開發新藥物和基于納米技術的系統的主要障礙。目前批準的一種納米系統（一種兩性霉素B脂質體制劑）在發展中國家并不具有成本效益。2）其次，某些納米顆粒的合成和儲存條件可能不利于資源貧乏國家的條件。3）第三，在臨床試驗階段，監管機構內部和之間的區域和國家差異，特別是進行多中心國際試驗時，將是一個挑戰。在新冠疫情中，納米技術產生了重大的影響，這提供了廣闊的前景。同樣，納米技術類似的壯舉在治療其他傳染病中也是可能的。值得注意的是，該課題組近日還在Nature Nanotechnology上發表了另一篇研究論文，他們報告了機器學習與高通量實驗的集成，從而能夠快速，大規模地識別此類納米制劑。研究人員從210萬對中鑒定出100個自組裝藥物納米顆粒，其中每個納米顆粒包括788種候選藥物之一和2686種批準的賦形劑之一。
Giovanni Traverso是麻省理工學院（MIT）機械工程系的助理教授，也是哈佛醫學院布萊根婦女醫院胃腸病科的胃腸病學家。Traverso博士的先前工作專注于開發用于早期發現結腸癌的新型分子檢測方法。在博士后研究期間，他在麻省理工學院的Robert Langer教授的實驗室中過渡到化學和生物醫學工程領域，在那里他開發了一系列新穎的技術，用于通過胃腸道進行藥物輸送和生理傳感。
他目前的研究計劃專注于開發下一代藥物輸送系統，以實現安全有效地輸送治療藥物，并開發新穎的可攝入電子設備，以感應廣泛的生理和病理生理參數。此外，Traverso博士繼續致力于開發能夠早期發現癌癥的新型診斷測試。
1. Kirtane, A.R., Verma, M., Karandikar, P. et al. Nanotechnology approaches for global infectious diseases. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00866-82. Reker, D., Rybakova, Y., Kirtane, A.R. et al. Computationally guided high-throughput design of self-assembling drug nanoparticles. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00870-y
