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病毒、埃博拉病毒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一种针对SARS-CoV-2的疫苗，这种病毒会导致COVID-19。尽管冠状病毒不在实验室的特定专业领域，但他们和他们的合作者已经成功地构建并测试了一种有希望的候选疫苗。

他们的疫苗在1月5日发表的一篇论文中有详细介绍，该疫苗含有纳米颗粒，这些纳米颗粒上镶嵌着与构成病毒独特表面刺突相同的蛋白质。这些刺突除了被称为冠状病毒(corona在拉丁语中是“冠”的意思)的原因之外，还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创造通道，从而促进感染。这些尖刺也可以用作抗原，这意味着它们在体内的存在可以引发免疫反应。

纳米颗粒疫苗在病毒疫苗的有效性与亚单位疫苗的安全性和易生产性之间取得了平衡。利用病毒传递抗原的疫苗通常比只含有病毒分离部分的疫苗更有效。然而，它们可能需要更长的时间来生产，需要冷藏，而且更有可能产生副作用。核酸疫苗——比如辉瑞公司和Moderna mRNA疫苗最近被FDA批准紧急使用——比纳米颗粒疫苗的生产速度更快，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测试表明，斯坦福大学的纳米颗粒疫苗只需注射一剂就能产生COVID-19免疫。

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，在美国开发得最快的疫苗都需要在低温下储存，温度从大约8到-70摄氏度(46到-94华氏度)不等。

“这真的是早期阶段，还有很多工作要做，”金实验室的前博士后学者、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，可能是一种单剂量疫苗方案，不依赖于接种疫苗后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体的初步临床试验。

尖刺和纳米颗粒

来自SARS-CoV-2的刺突蛋白相当大，因此科学家经常制定更容易制作和更容易使用的精简版本。在仔细检查了钉子后，Kim和他的团队选择移除底部附近的一部分。

为了完成他们的疫苗，他们将这种缩短的尖峰与铁蛋白纳米颗粒结合在一起，铁蛋白是一种含铁蛋白，此前已经在人体中进行了测试。在大流行之前，鲍威尔一直在研究这些纳米粒子来开发埃博拉疫苗。与SLAC国家加速器实验室的科学家一起，研究人员使用低温电子显微镜获得了铁蛋白纳米颗粒的3D图像，以确认它们具有适当的结构。

在小鼠试验中，研究人员将缩短的尖峰纳米颗粒与其他四种可能有用的变化进行了比较:具有全尖峰的纳米颗粒，不含纳米颗粒的全尖峰或部分尖峰，以及仅包含在感染期间与细胞结合的尖峰部分的疫苗。测试这些疫苗对实际的SARS-CoV-2病毒的有效性需要在生物安全3级实验室进行，因此研究人员使用了一种更安全的假冠状病毒，这种病毒经过修改，可以携带SARS-CoV-2的尖峰。

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有效性。抗体是针对抗原产生的血液蛋白;中和抗体是抗体的一个特定子集，它实际上起到了阻止病毒入侵宿主细胞的作用。

单次注射后，两种纳米颗粒候选疫苗产生的中和抗体水平都至少是COVID-19患者的两倍，而且短刺状纳米颗粒疫苗产生的中和反应明显高于结合刺状疫苗或全刺状(非纳米颗粒)疫苗。在第二次注射后，接受短刺状纳米颗粒疫苗的小鼠具有最高水平的中和抗体。

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四周的时间。“每个人都把大量的时间和精力投入到同一个科学问题上，”她说。“这是一个非常独特的情况。我真的不希望在我的职业生涯中再遇到这种情况。”

该论文的资深作者Kim说:“就科学发展和能够生产出多种不同的疫苗而言，过去一年发生的事情真的很棒，这些疫苗看起来对这种病毒有效。”“即使你成功了，通常也需要十年的时间来制造疫苗。这是前所未有的。”

疫苗的访问

尽管该团队的新疫苗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刻的成就之一。它们是保护人们免受疾病侵害和挽救生命的一种极具成本效益的方式，”金说。“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，如果世界需要的话，我们可能会带来一些东西。”