大自然中普遍存在着生物矿化的产物，它是生物调控无机矿物形成的硬组织过程。

    本报记者章勇

    一般来讲，鸡蛋存放在2～5℃的环境下保质期是40天，而夏季室内30℃下只有一周。正是因为有了蛋壳的保护，才使得鸡蛋在常温下保存的时间更长。除了鸡蛋壳，诸如贝壳、牙齿、珍珠，都是大自然生物矿化的产物，他们都有共同的特征：即比较坚硬的外壳，能够保护壳内的物质在一定时间段免受外界环境的侵袭。

    那么什么是生物矿化？

    “生物矿化是自然界中生物调控无机矿物形成的硬组织过程。”浙江大学化学系教授、长江学者唐睿康说，正是基于这样的启发，才使得我们基于疫苗改进有了新的策略，即疫苗的生物矿化改进。

    重要而又脆弱的疫苗

    疫苗是对抗传染性疾病最成功的手段之一，诸如病毒疫苗，每年拯救上百万人，产生的经济效益也很可观，约10亿美元。

    经济效益虽然可观，但问题也很明显。唐睿康称热稳定性差是疫苗的弱点。由于需要维持本身的生物活性，疫苗要保存在特定的环境中。诸如冻干苗要求保存条件是-15℃，灭活疫苗要求2℃～8℃保存。温度的变化，特别是高温的环境会使得疫苗所含的诸如蛋白质变性，疫苗也会随之失效。

    保存疫苗并维持其活性就需要冷链，而冷链花费占到疫苗项目的80%左右，唐睿康称每年约50%的冷冻疫苗被丢弃。寻找解决疫苗热稳定性差的问题成为了必须。发展热稳定疫苗被《自然》杂志和比尔盖茨基金会列为人类健康的巨大挑战之一，实现疫苗的室温保存对免疫推广意义重大。

    提高热稳定性的传统方法存缺陷

    鉴于疫苗的天然缺陷，提高疫苗热稳定性的策略成为业界研究的重要课题。唐睿康说，传统的方式，诸如加入氯化镁、重水、氨基酸等稳定剂，或冻干制备成干粉，缺点很明显，因为不光价格昂贵、步骤繁琐，而且效果也不佳。

    其他的解决疫苗热稳定性问题的进展，包括糖玻璃、蚕丝蛋白以及蛋白质工程制备疫苗的方法，但也都存在一定的局限。

    据了解，糖玻璃用于制备疫苗的技术，主要是利用海藻糖改进疫苗热稳定性技术的研究，将疫苗包埋于无定形的糖（糖玻璃）中，形成一种固态的糖玻璃疫苗。

    蛋白质工程是研究蛋白质分子结构规律与生物学功能的关系，对现有蛋白质加以定向修饰改造、设计和剪切，构建生物学功能比天然蛋白质更加优良的新型蛋白。蛋白质工程技术在疫苗改造中发挥重要的作用，不但可使抗原性得到最大的提高，还可使重组疫苗抗病作用更加广泛。近年来越来越多的病毒精细结构的阐明正在为开展蛋白质工程奠定基础。

    而唐睿康则称，诸如糖玻璃制备疫苗，因为需要涂膜冻干，且操作繁琐；用蚕丝蛋白包裹疫苗最好，但蚕丝蛋白因具有免疫原性，存潜在风险；蛋白质工程制备疫苗，进度有限且效果不佳。

    从耐25℃到 37℃的疫苗矿化策略

    常温条件下，一枚鸡蛋经过一周，打碎后仍然可以得到鲜活的蛋清蛋黄。这是自然界中的生命体可以利用生物矿化实现“自我保护”的典型表现。

    “基于此，生物矿化的新策略是可能的。这个过程展开的基础是利用羧基。羧基（酸性蛋白质/氨基酸）是钙矿化位点的主要提供者。经过细胞表面化学修饰羧基，使之转变为矿化细胞，从而使得疫苗拥有无机矿化壳。”唐睿康说。

    据他介绍，实验的矿化路径是磷酸钙矿化，目的是为疫苗制造矿物外壳。通过选取JEV（脑炎病毒）SA14-14-2疫苗，而这种疫苗已商业化、热稳定性差，需要提高，同时选择的矿物是磷酸钙，作为疫苗佐剂，其生物兼容性良好。

    经实验，通过原位矿化成功在JEV病毒疫苗表面引入纳米磷酸钙外壳。此时，磷酸钙矿化疫苗的生物性质表现为，磷酸钙矿化后热稳定性经过体外实验显示，磷酸钙矿化层显著提高JEV病毒疫苗的热稳定性，储存时间延长了约3倍。后经过对矿化疫苗的体内测试显示经过室温25℃储存一周后，磷酸钙矿化疫苗仍能刺激小鼠产生较高水平的体液免疫和细胞免疫。

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