为生化威胁提供双重防护——DARPA单兵生物防御系统（PPB）计划及进展

一、PPB计划目标

美军认为化学和生物武器威胁无处不在且日趋多样化。此外，大流行爆发期间将给战区作战人员及持续稳定开展军事行动带来重大风险。亟需开发一套具有双重防护效果的单兵生物防御系统，主要原因如下：

• 已知的生化威胁作用广泛，具有高致病性，且有些是立即致命的，并能够通过多种途径进入人体，包括皮肤、气道、眼部和胃肠道等。
• 目前典型的个人防护装备包括笨重的防护服和呼吸面罩，个人在穿脱时都需要协助，去污过程则需要一些基础设施的配合。
• 在人道主义援助环境中，医务工作者每天要工作8小时，穿戴、脱下和消毒个人防护装备所需的时间约为2小时。这些严格、繁琐的程序浪费了救治时间，繁重的防护设备也使医务人员的工作效率受到了很大的影响。
• 即使采取了标准的去污染程序和防护措施，过去仍有数百名医护人员因个人防护装备失效而感染了威胁生命的病原体，比如埃博拉病毒、结核等。
• 在军事环境中，标准的军用个人防护装备的使用会影响单兵的视力、机动性等，从而影响到单兵的作战能力。
• 在缺乏后勤基础设施或资源匮乏的环境中，很多医务工作者无法获得足够的个人防护装备。
• 如果外层失效，目前的防护装备没有第二道防线。目前，二线技术包括局部治疗，在暴露期间或暴露后使用药物，但这些治疗方法并不能与现有的个人防护装备协同工作。

鉴于上述原因，2019年12月，美国高级计划研究局（DARPA）设立了单兵生物防御系统(Personalized Protective Biosystem，PPB)计划，旨在减少对繁重防护设备的需求，同时提升应对化生威胁的个人保护能力。PPB计划的目标是开发一种集成系统，在摆脱对普通（繁重）防护设备需求的同时，提高单兵对生化威胁的防护能力，减少作战人员的防护物资的后勤供应负担，提高军事行动的灵活性，便于在远程地区开展军事行动，防护可能遭遇的各种各样、不可预测且未知的生化威胁。

二、技术领域及研发计划

PPB计划旨在解决现有个人防护装备的局限性，包括特定的威胁漏洞、沉重的后勤负担和潜在的暴露风险，提供轻便的生化防护的能力、保持作战行动灵活性、延长任务持续时间。该项目共实施五年，计划分为两个技术领域，详见上图。

技术领域1：旨在防止人体与生化威胁之间的外部接触，使用智能、轻质材料，在超过10种化生战剂（战剂名称详见下表，其中不同技术领域的产品，要求实现防护的生化威胁不同，可以看到，对于两个不同的技术领域，均要求能够防护炭疽、神经性毒剂、包括埃博拉在内的4种出血热病毒及流感病毒，可以推测这四种生化威胁目前已经成为美军所认为的主要威胁）的攻击并达到暴露后100%的存活率。研究者将开发一种特殊材料制成防护服，穿戴过程应在10分钟以内，可以覆盖全身，且没有后勤供应负担，且可以通过材料的灭活、隔离和/或消除剂附着等方法来消除意外的交叉污染。

技术领域2：将遴选可能的生物技术，中和人体组织屏障(即皮肤、气道、眼部)受到的生化威胁。成功的PPB技术未来有可能彻底改变并提升人体在不可预测生化威胁环境中的个人防护能力，同时还可以为已知和新发传染病提供预防和治疗解决方案。要求研发一种物质，可以中和从气道、眼部或皮肤等组织进入人体的生化战剂，从而防止人体受到战剂全面攻击。技术领域2的研发成果将补充技术领域1研发的物理防护屏障，为穿戴特殊材料防护装具的人员提供持久的、交互的第二种防护手段。所开发的生物技术应尽可能覆盖多种已知的生化战剂或病原体威胁，但是首先要按列表要求具备防护特定生化战剂的能力。

三、PPB计划部署情况

PPB项目团队尝试与政府和其他行业利益相关者合作，包括化学、生物、辐射和核防御联合项目执行办公室(JPEO-CBRND)、生物医学高级研究和发展局(BARDA)、美国疾病控制中心/国家个人防护技术实验室(NPPTL)和世界卫生组织 (WHO)。PPB团队还将与美国食品和药物管理局(FDA)合作，确保研究期间遵守FDA所有的研发指南，达到监管标准与要求，计划在项目结束时，相关成分的研究新药(IND)将获得FDA的批准。此外，研究所使用到的战剂及相关模型均由DARPA协调解决。

最终DARPA将该项研究部署给FLIR系统公司、Leidos公司和Charles River Analytics公司，通过开发轻质材料和适应性强的人体防护系统，为作战人员提供基于需求的广谱、快速的长期保护。研究者将寻求利用分子技术和共生生物技术（commensal organisms）来减轻个人对防护设备的需求。

四、技术领域（1）进展

DARPA宣布启动该项目后不久，FLIR系统公司随即公开表示，该公司获得了DARPA项目资助，开发嵌入催化剂和化学成分的新型织物，可以对抗和减少生化威胁。这些织物将被用于制作防护服和其他装备，如战场上部队以及医疗工作者等穿戴的靴子、手套和护眼。FLIR获得了1120万美元的初始资金，用于未来5年的研究与开发。包括期权在内，这份合同的价值可能高达2050万美元。公司表示，在生命受到威胁的情况下，未来身穿PPB防护服的作业人员将在防护有毒化学物质损伤及新兴未知病原微生物威胁方面获得重大优势。公司表示很荣幸得到DARPA的资助，该公司及其合作伙伴将开发“综合士兵保护系统”(ISPS)纺织品。完成开发后将由政府实验室进行测试。在项目结束时，FLIR将为美国国防部制作一套防护面料和服装的原型产品。

五、技术领域（2）进展

Charles River 分析公司于2021年9月宣布，获得DARPA为期五年、价值1600万美元的研究合同，寻求开发一种新的生物系统解决方案来保护作战人员应对化学和生物威胁。研究将侧重于使用可部署的生物类应对手段，能够在脆弱的内部组织屏障(包括皮肤、气道和眼睛屏障)中和生化武器带来的危害。该公司研究人员认为，寄生虫可能可以帮助军人或应急救援人员应对化学和生物武器袭击，正在探索使用新的转基因共生生物——特别是钩虫和血吸虫——来分泌专门针对化学和生物威胁（包括神经毒素如有机磷和其他微生物病原体）的治疗药物。

寄生虫等生物已经在人类的活动区内自然生存了相当长一段时间，他们有复杂的分泌系统，可以通过调控来开展免疫治疗。研究目标是插入一个基因序列，提供人体对抗生化威胁所需的可控保护。参与该研究工作的团队还包括贝勒医学院，乔治华盛顿大学，詹姆斯·库克大学，莱顿大学医学中心，加州大学欧文分校和圣路易斯的华盛顿大学医学院。

研究工作以对人体志愿者寄生虫感染的既往研究为基础，运用CRISPRCas9基因编辑技术，改造寄生蠕虫，分泌对抗生化武器的防治药物，以安全和良好耐受的方式保护寄生虫感染的受试者免受化生武器的威胁。研究人员认为，运用人体内部生物解决方案来应对突然出现的威胁与其他外部干预措施相比十分有优势。寄生蠕虫可以作为内部分子铸造厂，在体内和全身连续生产和输送药物，或者按需生产和输送药物。

乔治·华盛顿大学获得了一份价值360万美元的合同，对共生生物进行基因改造，以生产生化武器的解毒剂。科研人员正在对引起热带血吸虫病的生物体进行基因改造，提供体内抗体生产平台，创建体内生化威胁解决方案，可以在10分钟或更短时间内激活，并可以快速应对新的威胁。研究人员将使用CRISPR/Cas9将遗传信息插入雄性寄生虫的DNA，通过基因编辑或转基因等手段，实现程序化打开或关闭寄生虫向人体释放应对生化威胁的抗体。