一般來講，雞蛋存放在2～5℃的環境下保質期是40天，而夏季室內30℃下只有一周。正是因為有了蛋殼的保護，才使得雞蛋在常溫下保存的時間更長。除了雞蛋殼，諸如貝殼、牙齒、珍珠，都是大自然生物礦化的產物，他們都有共同的特征：即比較堅硬的外殼，能夠保護殼內的物質在一定時間段免受外界環境的侵襲。

    那么什么是生物礦化？

    “生物礦化是自然界中生物調控無機礦物形成的硬組織過程。”浙江大學化學系教授、長江學者唐?？嫡f，正是基于這樣的啟發，才使得我們基于疫苗改進有了新的策略，即疫苗的生物礦化改進。

    重要而又脆弱的疫苗

    疫苗是對抗傳染性疾病最成功的手段之一，諸如病毒疫苗，每年拯救上百萬人，產生的經濟效益也很可觀，約10億美元。

    經濟效益雖然可觀，但問題也很明顯。唐?？捣Q熱穩定性差是疫苗的弱點。由于需要維持本身的生物活性，疫苗要保存在特定的環境中。諸如凍干苗要求保存條件是-15℃，滅活疫苗要求2℃～8℃保存。溫度的變化，特別是高溫的環境會使得疫苗所含的諸如蛋白質變性，疫苗也會隨之失效。

    保存疫苗并維持其活性就需要冷鏈，而冷鏈花費占到疫苗項目的80%左右，唐?？捣Q每年約50%的冷凍疫苗被丟棄。尋找解決疫苗熱穩定性差的問題成為了必須。發展熱穩定疫苗被《自然》雜志和比爾蓋茨基金會列為人類健康的巨大挑戰之一，實現疫苗的室溫保存對免疫推廣意義重大。

    提高熱穩定性的傳統方法存缺陷

    鑒于疫苗的天然缺陷，提高疫苗熱穩定性的策略成為業界研究的重要課題。唐?？嫡f，傳統的方式，諸如加入氯化鎂、重水、氨基酸等穩定劑，或凍干制備成干粉，缺點很明顯，因為不光價格昂貴、步驟繁瑣，而且效果也不佳。

    其他的解決疫苗熱穩定性問題的進展，包括糖玻璃、蠶絲蛋白以及蛋白質工程制備疫苗的方法，但也都存在一定的局限。

    據了解，糖玻璃用于制備疫苗的技術，主要是利用海藻糖改進疫苗熱穩定性技術的研究，將疫苗包埋于無定形的糖（糖玻璃）中，形成一種固態的糖玻璃疫苗。

    蛋白質工程是研究蛋白質分子結構規律與生物學功能的關系，對現有蛋白質加以定向修飾改造、設計和剪切，構建生物學功能比天然蛋白質更加優良的新型蛋白。蛋白質工程技術在疫苗改造中發揮重要的作用，不但可使抗原性得到最大的提高，還可使重組疫苗抗病作用更加廣泛。近年來越來越多的病毒精細結構的闡明正在為開展蛋白質工程奠定基礎。

    而唐?？祫t稱，諸如糖玻璃制備疫苗，因為需要涂膜凍干，且操作繁瑣；用蠶絲蛋白包裹疫苗最好，但蠶絲蛋白因具有免疫原性，存潛在風險；蛋白質工程制備疫苗，進度有限且效果不佳。

    從耐25℃到 37℃的疫苗礦化策略

    常溫條件下，一枚雞蛋經過一周，打碎后仍然可以得到鮮活的蛋清蛋黃。這是自然界中的生命體可以利用生物礦化實現“自我保護”的典型表現。

    “基于此，生物礦化的新策略是可能的。這個過程展開的基礎是利用羧基。羧基（酸性蛋白質/氨基酸）是鈣礦化位點的主要提供者。經過細胞表面化學修飾羧基，使之轉變為礦化細胞，從而使得疫苗擁有無機礦化殼。”唐?？嫡f。

    據他介紹，實驗的礦化路徑是磷酸鈣礦化，目的是為疫苗制造礦物外殼。通過選取JEV（腦炎病毒）SA14-14-2疫苗，而這種疫苗已商業化、熱穩定性差，需要提高，同時選擇的礦物是磷酸鈣，作為疫苗佐劑，其生物兼容性良好。

    經實驗，通過原位礦化成功在JEV病毒疫苗表面引入納米磷酸鈣外殼。此時，磷酸鈣礦化疫苗的生物性質表現為，磷酸鈣礦化后熱穩定性經過體外實驗顯示，磷酸鈣礦化層顯著提高JEV病毒疫苗的熱穩定性，儲存時間延長了約3倍。后經過對礦化疫苗的體內測試顯示經過室溫25℃儲存一周后，磷酸鈣礦化疫苗仍能刺激小鼠產生較高水平的體液免疫和細胞免疫。

    對此，唐?？捣Q，生物礦化可提高疫苗的熱穩定性并初步實現常溫保存一周的目標。

    但他也道出了缺陷，因為許多疫苗缺乏生物礦化能力，需要通過對礦化蛋白結構的解析，將模擬礦化蛋白的成核多肽嵌入到疫苗表面，從而賦予其礦化能力。

    換句話說，許多疫苗不具備主動的生物礦化能力，需要通過人工干預、嵌入的方式賦予其能力，這與自然界的生物礦化的主動行為還是有差距，這就需要從“授人以魚”到“授人以漁”。

    唐?？祻穆摵匣蚬こ毯蜕锏V化制備熱穩定疫苗上進行了闡述。通過對EV71（腸道病毒）以及疫苗的生物學觀測顯示，因為基因工程病毒疫苗的空斑心態和生長曲線等基本生物學特征沒有發生明顯改變。通過反向遺傳學手段在疫苗表面引入成核多肽，攜帶成核多肽的基因工程病毒疫苗具有自礦化能力。

    結果顯示，病毒疫苗EV71-W6具有磷酸鈣自礦化能力，且此礦化能力具有可遺傳性；自礦化能夠形成具有pH敏感納米磷酸鈣外殼。自礦化病毒疫苗的熱穩定性上，體內和體外實驗都證實磷酸鈣礦化病毒EV71-W6-CaP具有顯著增強的熱穩定性，37℃存放7天后仍能有效誘導小鼠產生體液和細胞免疫。

    提高疫苗熱穩定性再探索

    磷酸鈣礦化的試驗結果顯示，其熱穩定性在常溫下雖然可以保存一周左右，但隨著溫度提升，其耐熱性要求也需進一步提高。“這種方式的效果有限。”唐?？嫡f。

    唐教授表示，經過進一步研究發現，二氧化硅大量存在于熱帶植物和耐熱微生物中，暗示其在提高耐熱性中的重要作用。同時，二氧化硅也是一種生物親和性極好的生物礦物，可以提高各酶和蛋白質等生物制品的熱穩定性。利用硅礦化策略，在疫苗表面二氧化硅納米層改善熱穩定性。

    據此理論，唐?？到榻B了一種疫苗硅礦化研究路徑，即在病毒疫苗表面通過原位硅礦化引入二氧化硅外殼，該外殼是由無定形水合態的二氧化硅納米簇構成。

    經過研究發現，硅礦化病毒疫苗的生物性質：在熱穩定性上，二氧化硅可以顯著提高EV71病毒的熱穩定性，進一步研究表明二氧化硅可以抑制高溫引起的病毒蛋白構象改變及抑制內部RNA的釋放。體內免疫：二氧化硅外層顯著提高EV71病毒疫苗的熱穩定性，室溫儲存一個月或42℃儲存4天后仍能有效刺激機體產生體液免疫和細胞免疫。

    唐教授稱，生物礦化解決病毒應用問題，諸如基因治療載體、基因工程疫苗、預防和治療腫瘤、遺傳病、傳染病等領域。但應用中的主要問題集中在轉染效率低、受體依賴免疫清除、改進策略的選擇等。

    “但生物礦化無疑提高病毒轉染效率，和病毒感染受體缺陷細胞的效率，為病毒疫苗的改進提供了全新的策略，我們可以通過功能材料實現對病毒的功能化，還可以實現簡單、有效、低成本。”唐教授說。