대면적에서의 모세관(멘စ်커스) 구동 자기조립을 통해 펩타이드 기반 계층적 나노구조를 생성하는 효과적인 전략이 개발되었으며, 이들 나노구조를 바탕으로 항강유전체 소견(antiferroelectric) 장치를 제작하는 것을 처음으로 수행하였다. 디페닐알라닌(diphenylalanine) 계층적 나노구조(FF-HNs)는 정밀하게 제어된 조건 하에서, 서로 혼화 가능한 용매에 용해된 디페닐알라닌(FF) 용액으로부터 기판을 수직으로 끌어올림으로써 자기조립된다. 높은 결정성 및 α-헬릭스 구조를 포함하는 FF 나노구조의 독특한 구조적 특성으로 인해, FF-HNs는 순 전기 쌍극자 모멘트를 가지며 외부 전기장에 의해 전환될 수 있다. 이러한 생체모방(biomimetic) 조립 기술을 통해 FF-HNs 기반 항강유전체 소자의 대량 생산을 성공적으로 달성할 수 있다. 해당 장치들은 암조건에서 항강유전체-강유전체 전이가 뚜렷하게 나타나며, 강유전체성은 빛에 의해 조절 가능함이 확인되었다. 특히, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde) 노출 하에서 FF-HNs의 항강유전체 거동이 조절되는 원인은 글루타르알데하이드에 의해 FF 분자가 cyclophenylalanine으로 전환되기 때문임이 밝혀졌다. 본 연구는 생체분자에 기반한 자기조립 계층적 나노구조의 대량 생산과, 생체분자 나노구조에 기반한 전자소자의 대량 제작을 위한 전진 발판을 제공하며, 이를 통해 실용적 응용을 향한 기여가 기대된다.

호흡기 바이러스(예: 인플루엔자 A 바이러스 및 SARS-CoV-2)는 지속적으로 중대한 글로벌 보건 문제를 야기하고 있다. 흔히 특정 단일 바이러스에 국한되는 현재의 항바이러스제는 빠른 변이와 새로운 균주의 출현으로 인해 한계에 직면해 있다. 본 연구에서는 듀얼 작용 기전을 활용하는 광범위 항바이러스 플랫폼으로서 스티렌 말레산 공중합체 지질 입자 나노디스크(styrene maleic acid copolymer lipid particle nanodiscs, SMALP-NDs)를 도입한다. 첫째, SMALP-NDs는 음전하를 띤 표면을 통해 양전하를 갖는 바이러스 단백질에 결합함으로써 바이러스의 침입을 차단한다. 둘째, 엔도좀 내 환경과 유사한 산성 조건에서 바이러스 외피가 붕괴하도록 유도하여, 세포 매개 기전에 의해 바이러스를 불활성화한다. SMALP-NDs는 인플루엔자 A/B 및 Omicron JN.1을 포함한 여러 SARS-CoV-2 변이, 그리고 단순포진바이러스 1형 및 2형과 백시니아 바이러스에 대해 광범위 항바이러스 활성을 나타내어 그 다용성을 입증하였다. SMALP-NDs의 비강 내 투여는 치명적인 H1N1 및 H5N2 인플루엔자 A 바이러스뿐 아니라 SARS-CoV-2로부터 마우스를 성공적으로 보호하였다. 이러한 결과는 SMALP-NDs가 음전하를 띤 표면을 통해 새로 출현하는 바이러스 단백질의 증가하는 양전하에 효과적으로 대응하는 한편, pH 반응성 바이러스 불활성화 기전을 활용하여 낮은 독성으로 높은 항바이러스 효능을 달성함으로써 전통적인 항바이러스 나노소재에 비해 중요한 이점을 제공함을 시사한다.

바이러스 변이에 따른 항바이러스제의 효능 저하는 다수의 균주를 표적으로 하는 단일 제제를 개발하는 데 있어 어려움을 부각한다. 숙주 세포의 바이러스 수용체를 경쟁적 억제제로 사용하는 접근은 유망하지만, 낮은 효능과 막 결합성 때문에 이 전략의 적용이 제한되어 왔다. 본 연구에서 저자들은 평면 막 패치(planar membrane patch)에 존재하는 안지오텐신 전환 효소 2(angiotensin-converting enzyme 2, ACE2)가 COVID-19 팬데믹 기간에 출현한 모든 시험된 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2) 변이를 효과적으로 중화할 수 있음을 보여주었다. 나노디스크(nanodiscs)를 이용해 구현한 ACE2-통합 막 패치는 숙주 세포 밖에서 스파이크 매개 막 융합 과정을 재현하였고, 그 결과 바이러스 용해, 세포외 RNA 방출 및 강력한 항바이러스 활성이 나타났다. SARS-CoV-2가 숙주 세포 침투를 더 잘하도록 진화함에 따라 중화 항체는 비효율적이 된 반면, ACE2-통합 나노디스크는 더 높은 효능을 보였으며, 이는 항바이러스 목적에서 수용체가 통합된 나노디스크를 사용하는 장점을 강조한다. 본 연구에서 개발된 Fc 융합 나노디스크인 ACE2-통합 면역디스크(ACE2-incorporated immunodisc)는 에어웨이에 장기간 잔류한 후 SARS-CoV-2에 감염된 휴머니스화(humanized) 마우스를 완전히 보호하였다. 본 연구는 바이러스 수용체를 면역디스크에 통합하면, 모든 현재 및 향후 변이에 대해 감염의 관문(entry gate)을 강력한 정균제(virucide)로 전환할 수 있다는 개념을 제시하며, 이는 다른 바이러스에도 확장될 수 있다.