SARS-CoV-2作为COVID-19疾病的病原体，对全球人类健康、经济发展和国家安全造成了极大的威胁。目前，全球感染SARS-CoV-2的人数已超过7.5亿，且有近700万人死于SARS-CoV-2引起的COVID-19。为了应对COVID-19，大量相关的疫苗和药物进行临床测试阶段，且其中一些已获准用于COVID-19的预防和治疗。但它们的有效性和安全性仍有待提高。例如，已开发用于COVID-19预防的疫苗，包括CoronaVac、BBIBP-CorV和EpiVacCorona，通常含有佐剂氢氧化铝，可能导致疫苗接种者发生过敏反应；而用于 COVID-19治疗的药物：Paxlovid、Molnupiravir和Azvudine，表现出的生物利用度较低。因此，亟待开发更加高效且安全的COVID-19疫苗和药物。
近日， 北京理工大学医学技术学院黄利利课题组在Adv. Healthcare Mate杂志上发表了题为“Cell-Based Biomaterials for COVID-19 Prevention and Therapy”的文章(2023 Mar 28;e2300404)，综述了细胞来源的材料在COVID-19的预防和治疗中的应用进展。北京理工大学黄利利副教授为文章的通讯作者，课题组成员黎楚钰、王晨光为文章的并列第一作者。
近年来，基于细胞的生物材料，特别是活细胞、细胞外囊泡（EVs）和细胞膜，正在被越来越多的研究者开发用于COVID-19相关疫苗或药物的构建，这得益于其重要的生物学功能，如免疫逃逸、对特定细胞或组织的靶向性、选择性结合有害分子或病原体，以及免疫调节等。因此，若将其作为病毒疫苗或药物载体，则可通过减少脱靶效应和削弱耐药性等方式，提高其生物利用度和安全性。大量证据表明，这些生物材料在抑制病毒侵袭、减轻炎症和组织修复等方面均呈现出不同程度的效果。此外，将特异性免疫细胞过继到患者体内或通过EVs中封装的生物活性分子原位激活免疫可以有效缓解COVID-19引起的淋巴细胞减少症。
这篇文章主要综述了基于细胞的生物材料的特点和功能及其在COVID-19预防和治疗中的优势、局限性和面临的挑战。首先概述了COVID-19的病理表现；接着介绍了活细胞、细胞外囊泡（EVs）和细胞膜这些生物材料的结构组成、特征和功能。最后，作者详细阐述了细胞来源的生物材料在COVID-19预防和治疗中的研究进展，包括预防SARS-CoV-2感染、抑制病毒侵袭、抗炎、修复组织、缓解淋巴细胞减少症。同时，作者通过具有代表性的案例来详细阐述如何对这些细胞来源的生物材料进行工程化和功能化改造，以及如何将合适的生物材料与免疫调节策略或临床治疗范式巧妙结合起来，以提高其在COVID-19预防和治疗中的有效性和安全性。
基于细胞的生物材料具有以下几个优点：1）理想的生物学特性。首先，它们具有天然的磷脂双层膜结构，对亲水/疏水药物或疫苗都具有良好的加载能力。第二，驻留在细胞膜上的多种蛋白质不仅使获得的生物材料能够靶向特异组织/细胞，而且还允许它们作为纳米海绵吸附病毒粒子或/和炎症因子。第三，它们表现出良好的生物相容性和免疫相容性。2) 损伤组织修复功能。干细胞和祖细胞来源的生物材料可以通过替代或修复受损细胞，恢复细胞组织功能。3) 具有独特的免疫调节功能。一方面，干细胞和某些类型的EVs可以通过释放抗炎因子或吸附促炎因子来治疗炎症。另一方面，具有免疫激活特性的基于细胞的生物材料，如OMVs，可以作为天然佐剂，提高疫苗的有效性。4) 易于工程化。具有高可塑性的细胞容易通过基因工程改造开发出更多样的细胞生物材料。
然而，基于细胞的生物材料仍处于起步阶段，有许多共同的问题需要解决。首先，以EVs为代表的生物材料具有不可忽视的异质性，这反映在不同批次的数量、大小、成分和活性的不一致性上。其次，它们的产量很低，无法满足临床需求。第三，它们的体内半衰期差强人意（例如，未经修饰的EVs可在10 min内被迅速清除）。第四，在分离、纯化、存储和运输过程中维持生物材料的活性、自然结构和功能都极具挑战性。第五，人源细胞的来源和种类非常有限，同时需考虑其免疫排斥反应。第六，复杂而漫长的监管审批过程在一定程度上限制了它们的实际应用。
此外，利用基于细胞的生物材料防治COVID-19在临床实践中面临诸多挑战。首先，如何对抗频繁突变的SARS-CoV-2仍未得到解决。其次，大多数COVID-19患者总是表现出两种或两种以上的病理特征，但一种药物很难解决所有的问题。如果上述问题能够成功解决，这些细胞来源的生物材料将在未来的疫苗和药物设计中得到更广泛的应用。
参考文献：
Cell-Based Biomaterials for COVID-19 Prevention and Therapy. Advanced Healthcare Materials. 2023 Mar 28;e2300404. doi: 10.1002/adhm.202300404.
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