几十年来，抗菌化合物的开发一直专注于找出如何减缓或阻止特定的生化过程。通过这个过程产生的分子——抗菌剂——非常有效。然而，它们容易产生耐药性。病原体基因构成的一点点改变就可能使治疗失效。
可能还有另一种途径可以生产出广谱作用的有效化学物质。一些研究人员没有专注于功能，而是试图利用物理学来寻找自然阻止病原体引起感染的方法。这条途径在抗病毒药物的开发中尤为重要。如果病原体无法进入细胞，感染根本就不会发生。
一种这样的化学物质被称为聚乙烯亚胺，简称 PEI。顾名思义，它是一个含有大量氮的链。这种分子之所以有效，在于其物理性质——它具有很强的静电正电荷。这意味着它会吸引并结合任何带有负电荷的分子，而在生物世界中，这几乎包括了所有生物体。
多年来，PEI已被证明是一种相当通用的工具。在环境领域，该分子在捕获二氧化碳方面非常有效。在生命科学领域，PEI已被用于提高某些生物技术的有效性，例如将外源遗传物质引入细胞，这个过程称为转染。
2006年，该分子又承担了抗菌添加剂的新角色。将PEI添加到各种细菌中，最终削弱了细胞的完整性，提高了各种消毒剂和抗生素的杀灭效果。到了2012年，随着PEI似乎有助于预防人乳头瘤病毒和巨细胞病毒感染，其作用范围得到扩大。通过研究该分子如何被改性以包含其他抗菌成分，PEI的潜力得到了进一步增强。
尽管有所有好消息，但有一个问题：耐药性仍然是可能的。无数小时的工作和开发仍然可能受到病原体生物构成中单一变化的威胁。为了防止这种情况，需要以一种能够实时变化来应对病毒进化的方式来改性PEI。
现在，由于一个不太可能的盟友——IBM——在对抗病毒感染方面可能有了新的突破。该公司可能以对抗计算机病毒而闻名，但通过与新加坡研究人员的多次合作，他们找到了击败人类病毒并应对耐药性的方法。
为了更多地了解一家计算机公司如何在公共卫生领域掀起波澜，我联系了James Hedrick博士。他是一位材料科学家，共同开发了一种广谱抗病毒药物，称为协同正交大分子组装体。然而，正如Hedrick指出的那样，杀死病毒——无论是人类病毒还是虚拟病毒——并不是他最初的热情所在。
“我是一名聚合物研究员，多年来一直致力于催化剂、自组装单分子膜和水凝胶的新概念开发，希望能改进计算机设计。然后在几年前，我开始与新加坡生物工程和纳米技术研究所的Yi Yan Yang博士合作。他的领域纯粹是医学，尽管我们使用的是相同的技术。这是一个自然的契合。”
他们的共同努力让他们在医学的众多领域取得了进展，包括药物递送、杀死耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和破坏生物膜。最终，病毒出现在了他们的视野中。然而，Hedrick和Yang希望做得更多，不仅仅是找到下一个抗病毒药物。
“我们想达到最终目标，即泛抗病毒药物。但要做到这一点，我们需要三个特性。首先，我们必须阻止病毒与细胞结合。然后，我们必须以某种方式刺激免疫细胞杀死病毒。最后，也是最重要的，我们必须找出如何使免疫细胞有效地杀死病毒。所有这些特性都以PEI的形式出现。”
PEI仅仅是开始。他们添加了另一种成分——甘露糖，这是一种已知的免疫刺激剂。这种分子触发了免疫反应，并有助于提高阻断和杀灭的功效。经过一些设计测试，两人有了一个可以测试各种病毒的候选药物。当抗病毒测试结果出来时，正如Hedrick兴高采烈地暗示的那样，他们非常满意。
“当我们测试PEI-甘露糖聚合物时，我们对它们在各种病毒上的效果感到印象深刻。我们可以预防一些最可怕的病毒，如埃博拉、登革热，尤其是寨卡病毒。我们还测试了这些聚合物对一些常见的病毒，如流感和疱疹。在所有情况下，我们都能预防细胞感染。从各方面来看，我们都达到了迈向泛抗病毒目标的第一里程碑。”
至于对耐药性的普遍担忧，Hedrick表示，这些抗病毒化合物已经准备好迎接挑战。“无论病毒内部的基因发生什么变化，PEI-甘露糖聚合物都能够应对进化。”至于这是如何发生的，答案归结于他真正的热爱：聚合物设计。“聚合物的设计是为了在热力学上倾向于某种三维结构。您通过确保静电力协同工作来获得所需的形状来实现这一点。但我们的聚合物没有首选形状；它们是灵活的，并且可以适应周围存在的静电和氢键机会。它们可以填充任何缝隙，结合任何受体，并阻止任何相互作用。它们是真正的按需抗病毒药物。”
虽然这个消息可能看起来非常鼓舞人心，但不要指望很快就能在医疗保健领域看到这些按需治疗。Hedrick和他的团队尚未进行动物研究。然而，他相信这些聚合物在体内的活性将与在培养皿中一样。 “我们渴望将这项技术提升到新的水平。我们已经花费了多年时间研究如何在实验室开发出完美的抗病毒药物。现在，我们希望证明它们在现实世界中是有效的。”
