主播君的话

从最初设想到实验验证，华中科技大学学生在“挑战杯”比赛中，向解决疫苗新型佐剂难题发起冲击，为解决“卡脖子“技术贡献力量。

“你们的项目符合‘揭榜挂帅’要求，突破了‘卡脖子’技术。”

2022年3月，当付辉展示完项目后，来自国药中生生物技术研究院有限公司（新型疫苗国家工程研究中心）的专家给出了这样的评价。

这是发生在第十七届“挑战杯”竞赛“揭榜挂帅”专项赛全国擂台赛上的一幕。华中科技大学同济医学院基础医学院《结核病疫苗研究》项目获得了“免疫新材料相关研究”课题的擂主。

获奖后团队部分成员合影图片来源：华中科技大学同济医学院官网

付辉回忆，专家建议他们今后要和英国葛兰素史克公司的AS01b佐剂进行比较，看看哪个效果更好。后者是目前全球极少数投入临床使用的可刺激Th1型细胞免疫应答的佐剂之一。它不仅应用于带状疱疹疫苗，为公司带来25.7亿美元全球销售额，今后还有望用于结核病、肿瘤等疫苗的研发。

“受制于专利保护和原材料等因素，我国目前还没有完全自主知识产权的Th1型佐剂。”付辉告诉记者说。

什么是Th1型佐剂，为什么研究它？

发生新冠疫情以来，疫苗正在被更多人熟知。

疫苗发展经历了漫长的过程。我国从宋朝起，便将天花痊愈者皮肤痘痂研磨成粉，制成疫苗预防天花。随着技术进步，疫苗种类不断丰富。以新冠疫苗为例，目前投入临床使用的就有灭活病毒疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗、重组蛋白疫苗和病毒载体疫苗等。

在这些疫苗中，除活病毒载体疫苗以外，灭活病毒疫苗、重组蛋白疫苗和mRNA疫苗均需使用佐剂。

佐剂

佐剂称得上是疫苗的“助力剂”，它能提高疫苗的免疫原性，增强疫苗效果。

在疫苗生产方面，佐剂还能降低抗原用量，从而扩大疫苗产能、降低成本，对疫苗尤其是大流行疫苗至关重要。

当前，佐剂研制路线，主要围绕Th1和Th2两种免疫细胞展开。Th1主要介导细胞免疫反应，Th2主要介导体液免疫反应。

体液免疫对于清除可溶性的抗原，消灭细胞外的微生物更重要，而细胞免疫对于清除细胞内的生物体则更重要，病毒就是其中的重要一类。

付辉解释，像结核病这类疾病，主流观点认为实现细胞免疫更容易达到免疫的结果。

揭榜“卡脖子”课题，寻求高价佐剂“平替”

2021年4月，“挑战杯”竞赛“揭榜挂帅”专项赛榜单公布。国药中生生物技术研究院有限公司提出的“免疫新材料相关研究”选题挂榜。

看到这个选题，华中科技大学学生姚宗杰立刻来了兴趣，他找到同实验室的付辉，希望一起研究疫苗佐剂难题。原来，两人所在华中科技大学范雄林科研团队长期专注结核病疫苗研究，当时正好也在寻求解决Th1型佐剂问题。

团队答辩现场 图片来源：受访者提供

此次疫情前，全球前头号传染病正是结核病。根据世卫组织报告显示，2020年全球约有990万人患结核病，151.4万人死亡，发病人群集中在青少年和成人。而且，我国约有84万新发病例，仅次于印度。

课题组针对成人结核病致病机制，经一系列原创性研究已提出了成人结核病预防疫苗的两阶段抗原学说，即新一代结核病疫苗的靶抗原应同时包括潜伏感染相关抗原和分泌抗原。在此基础上，课题组自主研发了Th1型佐剂DMT，包含多种激活固有免疫的成分。

图片来源：受访者供图

虽然DMT与复合抗原构成的疫苗表现出高水平的免疫原性和免疫保护性。可由于DMT原材料需进口，如何研制出成本较低，实现完全国产化成为这群在校大学生日常思考的问题。

“挑战杯”的鼓励，让他们的目光并不止步于此。“我们想趁这个机会，研制出一款新型通用Th1佐剂。先以结核病疫苗为基础，再逐步推广到其他疫苗生产中。”付辉说，“甚至应用到新冠疫苗。”

据了解，目前使用的新冠灭活病毒疫苗使用的多是以氢氧化铝为佐剂，铝剂偏向Th2型免疫反应。

组团队、定方案、查阅资料，团队成员对已经研究的具有佐剂特性的材料进行整理，将佐剂的“原料”落在了卡介苗细胞壁上。

团队成员及指导老师 图片来源受访者提供

卡介苗是由减毒牛型分枝杆菌悬浮液制成的活菌苗，最早用于预防结核病。它不需要佐剂，但存在成人群体预防效果差的缺点。

卡介苗细胞壁成分复杂，被誉为“化学工厂”，含有的多种结核固有免疫成分，为其用于Th1型佐剂提供了依据。

“提出这个方案的初衷，在于寻找能够掌握自主知识产权的Th1型佐剂，并且有安全、成本低这些特性。”团队队长姚宗杰解释说，这个方案也获得了指导老师的肯定，并在细节上提出了指导意见。

团队分工协作，证实新佐剂效用

最有力的科研结论都需要“过硬”的实验数据支持。

图片来源：受访者供图

为了验证科学假设，团队成员需要完成疫苗制备、小鼠免疫、免疫原性及抗感染保护性分析等步骤。

“疫苗制备是整个实验中关键一环，制备出了问题，整个实验难以推进。”姚宗杰说，疫苗需要制备复合抗原A1D4、脂质体DC和卡介苗细胞壁。其中，卡介苗细胞壁的提取需要团队多位成员共同合作下才完成。

团队成员进行病理切片观察 图片来源：受访者供图

“疫苗形态难以通过肉眼观察，了解其形态及理化特性十分重要。”团队成员刘世杰、娄嫣云等人通过透射电子显微镜了解到该疫苗的形态，并且通过粒度分析仪，观测到它的大小和稳定性。这其中利用透射电子显微镜寻找一个合适的视野，以便更好地观测其形态就花费了成员不少精力。

“实验小鼠的免疫同样关键，小鼠和周围环境必须保证没有其他病原体污染。”团队成员方宇婷说。

“所有的小鼠均为6～8周无特定病原体（SPF）级雌性C57BL/6小鼠，并培育在小鼠饲养IVC系统，这样可以最大程度排除其他干扰。” 团队成员陈禹村、苏子良补充。

令付辉印象深刻的是小鼠免疫实验。那是一场马拉松式实验。从早上7点开始，一直持续到晚上9点。

他与姚宗杰分工合作，自己负责血液的收集，姚宗杰负责分离脾脏和肺脏。

获取完40只小鼠的组织后，两人来不及休息，立刻进行消化和研磨工作。等完成单细胞悬液后，已是下午4点。“那时候，我们已经感觉不到饥饿，脑子里想的就是快速做完实验，保证细胞更多存活数量。”付辉说。

姚宗杰进行流式细胞术相关实验图片来源：受访者供图

时间一分一秒地流失。两人立刻又投入到计算单细胞悬液数量的工作中。将悬液加入到细胞孔板中培养，使细胞稳定下来。为了减少误差，细胞计数还只能一个人进行。

“到了晚上9点，铺完孔板后，两人这才发现饿起来了，甚至才有时间上厕所。”付辉回忆说。

好在，功夫不负有心人。实验结果取得了可喜的结果：

1、经检测该疫苗可诱导产生高水平的T细胞、IFN-γ、IL-17A，同时数据表明该佐剂是Th1型。

2、根据小鼠免疫保护性实验，表明新型结核病疫苗保护作用与A1D4/DMT相当。

“我们研发的新型疫苗产业化工艺成熟、成本低、材料安全，并且Th1型佐剂应用广泛，有着十分广阔的产业化前景，不仅有丰厚的经济效益，还有深远的社会效益。”付辉向记者解释说。

华中科技大学同济医学院基础医学院团委书记渠冰表示，今后将以此次夺得擂主为契机，继续引导和激励学生弘扬时代精神和科学家精神，将所学知识与经济社会发展紧密结合，不断提高创新、创意、创造、创业的意识和能力，为建设健康中国、科技强国贡献更多青春力量。

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