陶伟在博士生阶段期间受到了清华大学博士生短期访学基金的资助，赴哈佛大学进行了为期 6 个月的博士生访学。在这段经历中，陶伟接触到了哈佛大学医学院的 Omid C. Farokhzad 教授和麻省理工学院的 Robert Langer 教授，了解到了他们在药物传递系统、生物材料、纳米技术、组织工程和再生医学等领域进行的各类前沿研究工作。
“令我最印象深刻的是，他们所研发的各类药物递送技术能够真正地进入临床并且商业化，解决我们这个时代所面临的各类重大全球健康挑战问题。” 结合自身成长学习经历，陶伟确定了自己研究领域：设计合成纳米尺度的生物相容性材料，用于高效递送各类不同的药物来实现疾病的治疗。这些纳米尺度药物载体能够像预先设置好程序的 “机器人” 一样，保护治疗性药物不被降解失效、并将它们安全地递送到疾病部位，并特异性地在特定条件、特定位置下大量释放，以实现重大疾病的高精准度和 “按需” 可控治疗。
药物递送载体进行精准、“按需” 可控地治疗疾病
陶伟介绍到，通过药物进行疾病治疗的最本质目标是既要把病最有效地治好，同时不对人体产生毒副作用。因此，陶伟的研究成果的核心可以通过一句话概括：“把不同类型的治疗型药物（例如，核酸、小分子药物、多肽、蛋白质等）高效输送至它们该发生作用的位置，并在合适的时间、地点进行预期的释放，最高效地治疗疾病的同时最大程度地减少或者消除药物自身的毒副作用，提高病人的生活质量”。
具体来看，陶伟目前其中一部分的核心工作聚焦在 siRNA 和 mRNA 的药物设计及其递送技术的研发突破上。
RNA 干扰（RNAi）是一种天然的、沉默基因表达的细胞过程，siRNA 是介导 RNAi 过程的分子，于 1998 年被首次描述，其发现者安德鲁・菲尔和克雷格・梅洛教授于 2006 年获得诺贝尔生理学或医学奖，他们的发现被誉为 “十年一见的重大科学突破”。
2018 年，美国 FDA 批准了由 Alnylam 公司研发的首个 RNAi 新药 Onpattro（通用名 Patisiran），用于治疗由罕见的遗传性甲状腺素转运蛋白介导的淀粉样变性病（hATTR）引起的神经损伤。
针对 hATTR 等由淀粉样蛋白过多所引起的疾病，其治疗方案之一是限制致病蛋白质在体内的合成。Onpattro 通过一小段 siRNA，能够特异性地 “干扰”（沉默）其对应的 mRNA。Onpattro 结合其靶标后，细胞内的 “分子剪刀” 会精确切割对应的 mRNA，从而阻止对应蛋白质的产生。
陶伟说：“尽管这种 siRNA 策略看起来优雅而精确，但必须解决如何将药物精准地递送到体内适当位置的问题以及降低生产成本”。为了将药物输送到患者的病灶处，必须保护药物免受血液中酶的破坏。为此，这项被 FDA 批准的 siRNA 递送技术通过使用脂质纳米粒子来封装保护 siRNA。
图｜靶向 siRNA 纳米粒子可以的主动 “导航” 到动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞，特异性抑制促动脉粥样硬化通路、进而治疗动脉粥样硬化性血管疾病（左，美国科学促进会 AAAS；右，Science Translational Medicine, 2020, 12 (553): eaay1063）
在此基础上，对比脂质纳米颗粒技术， 陶伟及其合作者研发的脂质 - 聚合物混合纳米粒 siRNA 递送技术，在原理上所设计的载体平台可能更为稳定，能够有效地保护所负载的 siRNA，延长其在血液循环中的时间以及增加药物作用的持续时间（减少治疗次数）。同时，脂质 - 聚合物混合纳米粒技术能够更加灵活地进行表面修饰，选择性地实现