病毒（Virus）是我們地球上數(shù)量最多、分布最廣的生物，它們也是一些最有效的生物機器。盡管病毒體積小，基因組成簡單，但它們可以引起致命的感染和全球流行病，如艾滋病、流感和COVID-19等等。這是因為病毒進化出了高效機制，可以在短時間內復制和組裝出后代，對于細菌病毒（噬菌體）來說，這個過程只需短短幾分鐘。

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如果我們能夠利用病毒的這些有效機制構建出人工病毒載體（Artificial Viral Vectors，AVV），用來遞送治療性分子，而不是在宿主細胞內復制，就能實現(xiàn)更好的細胞和基因治療。盡管多年來科學家們進行了多次嘗試，但AVV的開發(fā)仍處于早期階段。

天然人類病毒，例如單鏈DNA病毒腺相關病毒（AAV）和單鏈RNA病毒慢病毒（Lentiviruse），已被設計并廣泛應用于體外和體內的基因遞送載體。例如，全世界最貴藥物Hemgenix就是一款基于AAV病毒載體的血友病B型基因療法。而FDA批準的6款CAR-T細胞療法則全部基于慢病毒載體。

然而，這些天然病毒載體都有局限性，它們最多只能攜帶一到兩個治療性基因，很難再結合復雜修復所必需的額外治療性分子。此外，這些病毒載體還存在一些安全性問題，例如對人類細胞的廣泛感染性、在人體中預先存在的免疫原性，以及對人類基因組的潛在整合問題等。

2023年5月30日，美國天主教大學的研究人員在Nature子刊Nature Communications上發(fā)表了題為：Design of bacteriophage T4-based artificial viral vectors for human genome remodeling的研究論文。

該研究報告了一種制作人工病毒載體（AVV）的方法，這種載體能進入人類細胞執(zhí)行特定任務，可攜帶更大的基因，且制造成本相對更低，這種大容量、可定制化的納米材料可以為未來基因療法和定制化醫(yī)療的受試者帶來前景。

在這項研究中，Venigalla Rao團隊設計了一種方法，用一類稱為T4噬菌體、能感染細菌的病毒，制造人造病毒載體（AVV）。這類AVV有很大的內部容量和一個大的外表面，可編程和遞送治療性生物分子。

噬菌體T4-AVV的結構

在概念驗證實驗中，研究團隊生成了含有蛋白和核酸物質的人造病毒載體（AVV），用于展示在基因組改造方面的用途。

在實驗室中，這一平臺能成功遞送全長抗肌萎縮蛋白基因（Dystrophin）到人類細胞中，并執(zhí)行各種分子操作改造人類基因組。

AVV用于遞送全長Dystrophin基因

Dystrophin基因突變會導致杜氏肌營養(yǎng)不良（DMD），該基因非常巨大，有多達79個外顯子，轉錄本長達14kb，遠超病毒遞送載體的裝載極限，用于體內基因治療遞送的腺相關病毒（AAV）裝載極限僅4.7kb，因此，難以通過腺相關病毒遞送全長Dystrophin基因進行DMD治療。

人造病毒載體（AVV）還能用來遞送RNP和DNA，用于CRISPR-Cas9基因編輯及基因重組。還可以用來遞送RNA，實現(xiàn)基因沉默、基因編輯，以及蛋白表達。

AVV用于RNA遞送

此外，這種人造病毒載體（AVV）大量生產(chǎn)時成本不昂貴，并且這些納米材料可以保持穩(wěn)定數(shù)個月。研究團隊總結道，盡管還需要進一步工作來評估該人造病毒載體的安全性，但這一方法已展現(xiàn)未來前景，可用于臨床治療人類疾病和罕見病。

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