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超越mRNA疫苗的LNP-我們?cè)摵稳ズ螐模?/h3>
閱讀：364 發(fā)布時(shí)間：2024-2-20
脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）有望徹di改變現(xiàn)代醫(yī)學(xué)。這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ梢猿絺魅静〉姆懂?，到達(dá)曾經(jīng)被認(rèn)為無(wú)法用藥的靶點(diǎn)，治療幾乎wu窮無(wú)盡的疾病。但這一領(lǐng)域仍處于起步階段，要充分釋放LNPs的潛力，還有許多挑戰(zhàn)需要克服。
LNPs的用途
多年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)在簡(jiǎn)化細(xì)胞模型和培養(yǎng)瓶中證明了核酸療法的潛力。然而，這些概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵谏矬w內(nèi)施用這些療法會(huì)增加其復(fù)雜性。LNPs使這些療法的施用方式成為可能，既能防止它們?cè)隗w內(nèi)降解，又能將它們輸送到靶點(diǎn)。
LNPs大大增加了尋找可藥物靶點(diǎn)的機(jī)會(huì)。有了LNPs，就有可能超越傳統(tǒng)的小分子療法，轉(zhuǎn)而采用基于核酸的療法。有了正確的設(shè)計(jì)，就有可能設(shè)計(jì)出適用于疫苗接種、蛋白質(zhì)替代療法和治療基因敲除的各種有效載荷的LNPs。
LNPs的局限性
基于mRNA的xin冠疫苗在某些方面簡(jiǎn)化了LNP的應(yīng)用。這些疫苗的接種頻率很低，一旦原有的保護(hù)作用開(kāi)始減弱，就會(huì)注射加強(qiáng)針，而且肌肉注射的方式也很方便。雖然有效載荷的短暫性有助于通過(guò)強(qiáng)烈刺激免疫反應(yīng)使基于mRNA的xin冠疫苗成為可能，但當(dāng)需要產(chǎn)品的持久性時(shí)，傳統(tǒng)mRNA-LNPs的短暫性就成了限制因素。
因此需要采用其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的蛋白質(zhì)替代。理論上講，頻繁服用LNPs可能會(huì)導(dǎo)致免疫反應(yīng)和顆粒失活，不過(guò)自擴(kuò)增RNA（saRNA）可能有助于延長(zhǎng)給藥間隔時(shí)間2。saRNA不僅能延長(zhǎng)蛋白質(zhì)表達(dá)的持續(xù)時(shí)間，還能使用較低劑量的RNA，從而減少不良反應(yīng)。通過(guò)LNPs傳遞CRISPR/Cas9等基因編輯工具和相關(guān)的引導(dǎo)RNA可確保治療變化的持久性，但也有倫理方面的考慮。研究人員正在積極研究如何改變LNPs的脂質(zhì)成分以及添加特定的靶向配體，以解決這些問(wèn)題，但仍有許多工作要做1,3,4。
LNP安全性和有效性方面的進(jìn)展
與傳統(tǒng)藥物一樣，LNP的配制必須做到利大于弊。LNP必須在儲(chǔ)存和體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中保持穩(wěn)定，并避免被免疫系統(tǒng)檢測(cè)到，以到達(dá)其作用靶點(diǎn)。也就是說(shuō)，LNPs必須有足夠長(zhǎng)的體內(nèi)半衰期，但其配方必須能快速、wan全地消除核酸有效載荷，避免在輸送核酸有效載荷后產(chǎn)生有毒代謝物。
LNP由可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、甾醇脂質(zhì)和PEG化脂質(zhì)的脂質(zhì)混合物組成。可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)是核酸有效載荷封裝和LNP效能的主要驅(qū)動(dòng)力，但它們也與LNP的耐受性、免疫原性和細(xì)胞毒性交織在一起5。
在可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)中添加多種環(huán)境響應(yīng)特性，大大提高了這些脂質(zhì)的生物相容性和生物降解性6,8?？呻婋x的陽(yáng)離子脂質(zhì)含有在低pH值時(shí)獲得的瞬時(shí)正電荷，利用這種電荷不僅能封裝核酸有效載荷，還能將核酸有效載荷輸送到細(xì)胞中，并在毒性最小的情況下促進(jìn)內(nèi)質(zhì)體逸出。酯或酰胺連接基團(tuán)可被內(nèi)源酶裂解，從而促進(jìn)這些脂質(zhì)在細(xì)胞吸收時(shí)降解，而加入生物可還原的二硫鍵則有助于促進(jìn)核酸貨物在細(xì)胞質(zhì)中釋放7,8。
不過(guò)，一些可電離的陽(yáng)離子脂類具有免疫刺激作用，其本身也能誘導(dǎo)免疫激活1。雖然這可以起到佐劑的作用，對(duì)疫苗等某些治療方式有益，但在其他一些適應(yīng)癥中，這種作用就不那么理想了。重復(fù)給藥LNPs所刺激的免疫反應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移抑制蛋白質(zhì)的翻譯，這是將LNPs大規(guī)模應(yīng)用于蛋白質(zhì)替代療法需要克服的一個(gè)重大障礙。
使用聚乙二醇脂質(zhì)也會(huì)引起對(duì)免疫原性的擔(dān)憂1,9。聚乙二醇化脂類可防止免疫系統(tǒng)的疏松作用和清除作用，使LNP成為隱形制劑，從而保護(hù)LNP在全身循環(huán)中不被迅速清除。它們能延長(zhǎng)LNP的半衰期，有助于確保將其安全送達(dá)靶細(xì)胞。然而，PEG化脂類會(huì)引起炎癥反應(yīng)并阻礙微粒的吸收，這種現(xiàn)象被稱為“PEG困境"9。PEG化脂類可能具有免疫原性，導(dǎo)致PEG化過(guò)敏癥和抗PEGIgM和IgG的產(chǎn)生，這與PEG化脂類的意圖背道而馳，會(huì)加速LNPs的血液清除1。聚乙二醇化脂類也是又大又笨重的分子，雖然其目的是防止免疫系統(tǒng)攝取微粒，但也可能在遞送過(guò)程中抑制微粒的攝取，從而限制向靶細(xì)胞遞送治療藥物10。
研究人員一直在探索在LNP制劑中降低免疫原性并具有類似隱形活性的新技術(shù)。聚肌氨酸（pSAR）是一種基于內(nèi)源性氨基酸的合成聚合物，有望在LNPs中替代PEG化脂類11。用pSAR替代PEG化脂類配制的LNPs已被證明具有很高的轉(zhuǎn)染效率，而且免疫原性較低。因此，pSAR功能化LNPs有可能在不相應(yīng)增加副作用的情況下提高LNP的效力。
LNP表面修飾的靶標(biāo)選擇性
開(kāi)發(fā)可選擇性靶向組織、細(xì)胞甚至亞細(xì)胞特異性位點(diǎn)的LNP是許多研發(fā)工作的重點(diǎn)。靶向療法不僅能擴(kuò)大LNP的應(yīng)用范圍，而且與傳統(tǒng)的小分子療法一樣，還能減少不必要的副作用。
利用基礎(chǔ)生物學(xué)所賦予的被動(dòng)遞送功能，一些靶點(diǎn)相對(duì)容易進(jìn)入，而另一些則比較困難，需要經(jīng)過(guò)深思熟慮設(shè)計(jì)的主動(dòng)靶向機(jī)制。某些器官的結(jié)構(gòu)有利于LNPs的積聚。由于體積小，LNPs很容易穿過(guò)上皮有柵欄的器官和/或接受高比例心輸出量的器官，如肝、脾和肺12-14。一些研究人員找到了改變LNP脂質(zhì)成分的方法，以進(jìn)一步將LNP引導(dǎo)到這些器官。定制LNP的凈表面電荷，以實(shí)現(xiàn)組織滋養(yǎng)（凈表面電荷為正值、中性和負(fù)值的LNP可分別靶向肺、肝臟和脾臟）。在傳統(tǒng)的四組份LNP混合物中加入第五種脂質(zhì)，即脂質(zhì)SORT分子，采用選擇性器官靶向(SORT)方法可進(jìn)一步調(diào)整LNP的遞送15,16。然而，肝臟、脾臟和肺部以外的部位也會(huì)出現(xiàn)很多疾病。要將LNP推向醫(yī)學(xué)的前沿，就必須制定戰(zhàn)略，將LNP輸送到任何部位。
由于血腦屏障的存在，影響大腦的疾病很難治療。盡管LNPs體積很小，但它們不會(huì)被動(dòng)地穿過(guò)血腦屏障。一些研究人員并沒(méi)有與生物學(xué)作斗爭(zhēng)，而是找到了利用生物學(xué)的巧妙方法。Qiaobing Xu的實(shí)驗(yàn)室了解到神經(jīng)遞質(zhì)是內(nèi)源性分子，其中一些可以穿過(guò)血腦屏障，因此合成了基于色胺的新型脂質(zhì)，色胺是許多神經(jīng)遞質(zhì)共有的官能團(tuán)17。這些源于神經(jīng)遞質(zhì)的類脂質(zhì)（稱為NT類脂質(zhì)）可以讓原本不透腦的LNP制劑通過(guò)血腦屏障。
抗體介導(dǎo)的遞送也可用于實(shí)現(xiàn)特異性細(xì)胞靶向。用針對(duì)特定受體的抗體裝飾LNPs表面，是一種將LNPs引導(dǎo)到靶細(xì)胞的有趣策略。然而，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)之間的化學(xué)共軛很困難，而且要將抗體錨定在LNP表面并保持其功能定位也很有挑戰(zhàn)性18。利用錨定二級(jí)scFv靶向（ASSET）分子的靶向平臺(tái)可以解決這些問(wèn)題。脂質(zhì)化的單鏈可變片段（scFv）很容易與LNPs結(jié)合。它們能識(shí)別抗體的Fc區(qū)并與之結(jié)合，確保抗體的Fab能與配體結(jié)合。使用這種方法可以利用大量的抗體-抗原配對(duì)，它可能被證明是靶向細(xì)胞特異性遞送的多功能平臺(tái)。
未來(lái)脂質(zhì)的考慮因素
LNP制劑中最大的懸而未決問(wèn)題之一是如何在不產(chǎn)生過(guò)多免疫原性的情況下提高LNP效力。新型脂質(zhì)的鑒定是許多研發(fā)工作的主題。目前有大量可離子化的陽(yáng)離子脂質(zhì)可供使用，而且其可用性和數(shù)量還在不斷增加。對(duì)可離子化陽(yáng)離子脂質(zhì)的極性頭部基團(tuán)、連接基團(tuán)和/或疏水尾部進(jìn)行改性，將繼續(xù)提高LNPs的封裝和轉(zhuǎn)染效率，同時(shí)不影響生物相容性或生物降解性。
研究人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，合理設(shè)計(jì)新的脂質(zhì)很有好處。有些研究人員可能會(huì)從內(nèi)源化合物中獲得靈感，就像開(kāi)發(fā)pSAR功能化LNP和NT類脂一樣。使用由內(nèi)源性構(gòu)件構(gòu)建的LNP成分可以避免毒性，因?yàn)樗鼈兏菀咨锝到饣虼x成親水性更好、毒性最小的內(nèi)源性化合物。事實(shí)上，一些研究人員已經(jīng)開(kāi)始探索外泌體—“自然界的脂質(zhì)納米顆粒"--作為一種更具生物仿生性的核酸療法遞送途徑19。還有一些人則希望利用現(xiàn)有化合物的特性來(lái)開(kāi)發(fā)新的脂質(zhì)。已經(jīng)有人采用這種方法，利用已知的類收費(fèi)受體（TLR）激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出具有特殊佐劑活性的新脂質(zhì)。事實(shí)上，在傳統(tǒng)的四組分LNP中加入佐劑類脂，可以增強(qiáng)SARS-CoV-2mRNA疫苗的細(xì)胞免疫反應(yīng)，而且小鼠的耐受性良好20。
我們正處于一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)端，LNP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)曾經(jīng)只是假設(shè)的療法的地步。要繼續(xù)在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展，可能需要整合多種方法來(lái)解決LNP目前存在的局限性，并開(kāi)展合作研發(fā)工作，汲取各科學(xué)學(xué)科的廣泛專業(yè)知識(shí)，將LNP帶到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的前沿。
參考文獻(xiàn)：
【1】Rohner, E., Yang, R., Foo, K.S., et al.Nat. Biotechnol. 40(11), 1586-1600 (2022).
【2】Aliahmad, P., Miyake-Stoner, S.J., Geall, A.J., et al. Cancer Gene Ther. 30(6), 785-793 (2023).
【3】Witzigmann, D., Kulkarni, J.A., Leung, J., et al.Adv. Drug Deliv. Rev. 159, 344-363 (2020).
【4】Schlich, M., Palomba, R., Costabile, G., et al.Bioeng. Transl. Med. 6(2), e10213 (2021).
【5】Albertsen, C.H., Kulkarni, J.A., Witzigmann, D., et al.Adv. Drug Deliv. Rev. 188, 114416 (2022).
【6】Bost, J.P., Barriga, H., Holme, M.N., et al.ACS Nano 15(9), 13993-14021 (2021).
【7】Han, X., Zhang, H., Butowska, K., et al. Nat. Commun. 12(1), 7233 (2021).
【8】Maier, M.A., Jayaraman, M., Matsuda, S., et al.Mol. Ther. 21(8), 1570-1578 (2013).
【9】Zalba, S., Ten Hagen, T.L.M., Burgui, C., et al. J Control. Release 351, 22-36 (2022).
【10】Digiacomo, L., Renzi, S., Quagliarini, E., et al. Nanomed.: Nanotechnol. Biol. Med. 102697 (2023).
【11】Nogueira, S.S., Schlegel, A., Maxeiner, K., et al.ACS Appl. Nano Mater. 3(11) 10634-10645 (2020).
【12】Dilliard, S.A., and Siegwart, D.J. Nat. Rev. Mater. 8(4), 282-300 (2023).
【13】Hammond, S.M, Aartsma-Rus, A., Alves, S., et al. EMBO Mol. Med. 13(4), e13243 (2021).
【14】Nakamura, T., Sato, Y., Yamada, Y., et al. Adv. Drug Deliv. Rev. 188, 114417 (2022).
【15】Kularatne, R.N., Crist, R.M., and Stern, S.T. Pharmaceuticals (Basel)15(7), 897 (2022).
【16】Wang, X., Liu, S., Sun, Y., et al. Nat. Protoc. 18(1), 265-291 (2023).
【17】Ma, F., Yang, L, Sun, Z., et al. Sci. Adv. 6(30), eabb4429 (2020).
【18】Kedmi, R., Veiga, N., Ramishetti, S., et al. Nat. Nanotechnol. 13(3), 214-219 (2018).
【19】Tenchov, R., Sasso, J.M., Wang, X., et al.ACS Nano. 16(11), 17802-17846 (2022).
【20】Han, X., Alameh, M.-G.., Butowska, K., et al. Nat. Nanotechnol. 18(9), 1105-1114 (2023).
關(guān)于Cayman
Cayman Chemical公司成立于1980年，在過(guò)去20年的發(fā)展中，一直向全球科學(xué)工作者提供多研究領(lǐng)域的生化、免疫試劑和分析試劑盒，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于腫瘤、氧化氮、神經(jīng)學(xué)、凋亡、氧化性損傷、內(nèi)分泌學(xué)等不同研究領(lǐng)域。
Cayman Chemical可提供各種用于檢測(cè)的特色試劑盒，如：類花生酸類物質(zhì)、游離的生物標(biāo)志、環(huán)核苷、激素及氧化氮等；也提供多種高質(zhì)量試劑，包括：類花生酸類物 質(zhì)、氧化氮試劑及許多相關(guān)脂質(zhì)、脂肪酸、酶和抗體。
文章部分相關(guān)產(chǎn)品：
化合物 Cat No. 產(chǎn)品名稱 CAS No. 純度 產(chǎn)品類型 34364 DLin-MC3-DMA 1224606-06-7 ≥95% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 34337 ALC-0315 2036272-55-4 ≥98% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 33474 SM-102 2089251-47-6 ≥98% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 34372 Lipid 5 2089251-33-0 ≥95% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 35337 Lipid 29 2244716-55-8 ≥98% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 35051 L-319 1351586-50-9 ≥95% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 25726 DODAP 127512-29-2 ≥98% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 34363 DLin-KC2-DMA 1190197-97-7 ≥98% 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 34336 ALC-0159 1849616-42-7 ≥95% PEG化磷脂 33945 DMG-PEG(2000) 160743-62-4 ≥90% PEG化磷脂 9003100 Cholesterol 57-88-5 ≥95% 固醇脂 15100 1,2-DSPC 816-94-4 ≥98% 中性磷脂
LNP探索工具盒 Cat No. 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品作用 36970 Lipid Nanoparticle (LNP-MC3) Exploration Kit 用于準(zhǔn)備含有DLin-MC3-DMA的LNPs 35426 Lipid Nanoparticle (LNP-0315) Exploration Kit 用于準(zhǔn)備含有ALC-0315的LNPs 35425 Lipid Nanoparticle (LNP-102) Exploration Kit 用于準(zhǔn)備含有SM-102的LNPs 測(cè)量LNP誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)的試劑盒 Cat No. 產(chǎn)品名稱 靶點(diǎn) 501240 Mouse IgG ELISA Kit 小鼠免疫蛋白 501030 Interleukin-6 (human) ELISA Kit IL-6 583311 Interleukin-1β (human) ELISA Kit IL-1β 502220 SARS-CoV-2 Neutralizing Antibody SimpleDetect ELISA Kit 新冠中和抗體
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脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）有望徹di改變現(xiàn)代醫(yī)學(xué)。這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ梢猿絺魅静〉姆懂?，到達(dá)曾經(jīng)被認(rèn)為無(wú)法用藥的靶點(diǎn)，治療幾乎wu窮無(wú)盡的疾病。但這一領(lǐng)域仍處于起步階段，要充分釋放LNPs的潛力，還有許多挑戰(zhàn)需要克服。
LNPs的用途
多年來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)在簡(jiǎn)化細(xì)胞模型和培養(yǎng)瓶中證明了核酸療法的潛力。然而，這些概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵谏矬w內(nèi)施用這些療法會(huì)增加其復(fù)雜性。LNPs使這些療法的施用方式成為可能，既能防止它們?cè)隗w內(nèi)降解，又能將它們輸送到靶點(diǎn)。
LNPs大大增加了尋找可藥物靶點(diǎn)的機(jī)會(huì)。有了LNPs，就有可能超越傳統(tǒng)的小分子療法，轉(zhuǎn)而采用基于核酸的療法。有了正確的設(shè)計(jì)，就有可能設(shè)計(jì)出適用于疫苗接種、蛋白質(zhì)替代療法和治療基因敲除的各種有效載荷的LNPs。
LNPs的局限性
基于mRNA的xin冠疫苗在某些方面簡(jiǎn)化了LNP的應(yīng)用。這些疫苗的接種頻率很低，一旦原有的保護(hù)作用開(kāi)始減弱，就會(huì)注射加強(qiáng)針，而且肌肉注射的方式也很方便。雖然有效載荷的短暫性有助于通過(guò)強(qiáng)烈刺激免疫反應(yīng)使基于mRNA的xin冠疫苗成為可能，但當(dāng)需要產(chǎn)品的持久性時(shí)，傳統(tǒng)mRNA-LNPs的短暫性就成了限制因素。
因此需要采用其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的蛋白質(zhì)替代。理論上講，頻繁服用LNPs可能會(huì)導(dǎo)致免疫反應(yīng)和顆粒失活，不過(guò)自擴(kuò)增RNA（saRNA）可能有助于延長(zhǎng)給藥間隔時(shí)間2。saRNA不僅能延長(zhǎng)蛋白質(zhì)表達(dá)的持續(xù)時(shí)間，還能使用較低劑量的RNA，從而減少不良反應(yīng)。通過(guò)LNPs傳遞CRISPR/Cas9等基因編輯工具和相關(guān)的引導(dǎo)RNA可確保治療變化的持久性，但也有倫理方面的考慮。研究人員正在積極研究如何改變LNPs的脂質(zhì)成分以及添加特定的靶向配體，以解決這些問(wèn)題，但仍有許多工作要做1,3,4。
LNP安全性和有效性方面的進(jìn)展
與傳統(tǒng)藥物一樣，LNP的配制必須做到利大于弊。LNP必須在儲(chǔ)存和體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中保持穩(wěn)定，并避免被免疫系統(tǒng)檢測(cè)到，以到達(dá)其作用靶點(diǎn)。也就是說(shuō)，LNPs必須有足夠長(zhǎng)的體內(nèi)半衰期，但其配方必須能快速、wan全地消除核酸有效載荷，避免在輸送核酸有效載荷后產(chǎn)生有毒代謝物。
LNP由可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、甾醇脂質(zhì)和PEG化脂質(zhì)的脂質(zhì)混合物組成。可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)是核酸有效載荷封裝和LNP效能的主要驅(qū)動(dòng)力，但它們也與LNP的耐受性、免疫原性和細(xì)胞毒性交織在一起5。
在可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)中添加多種環(huán)境響應(yīng)特性，大大提高了這些脂質(zhì)的生物相容性和生物降解性6,8?？呻婋x的陽(yáng)離子脂質(zhì)含有在低pH值時(shí)獲得的瞬時(shí)正電荷，利用這種電荷不僅能封裝核酸有效載荷，還能將核酸有效載荷輸送到細(xì)胞中，并在毒性最小的情況下促進(jìn)內(nèi)質(zhì)體逸出。酯或酰胺連接基團(tuán)可被內(nèi)源酶裂解，從而促進(jìn)這些脂質(zhì)在細(xì)胞吸收時(shí)降解，而加入生物可還原的二硫鍵則有助于促進(jìn)核酸貨物在細(xì)胞質(zhì)中釋放7,8。
不過(guò)，一些可電離的陽(yáng)離子脂類具有免疫刺激作用，其本身也能誘導(dǎo)免疫激活1。雖然這可以起到佐劑的作用，對(duì)疫苗等某些治療方式有益，但在其他一些適應(yīng)癥中，這種作用就不那么理想了。重復(fù)給藥LNPs所刺激的免疫反應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的推移抑制蛋白質(zhì)的翻譯，這是將LNPs大規(guī)模應(yīng)用于蛋白質(zhì)替代療法需要克服的一個(gè)重大障礙。
使用聚乙二醇脂質(zhì)也會(huì)引起對(duì)免疫原性的擔(dān)憂1,9。聚乙二醇化脂類可防止免疫系統(tǒng)的疏松作用和清除作用，使LNP成為隱形制劑，從而保護(hù)LNP在全身循環(huán)中不被迅速清除。它們能延長(zhǎng)LNP的半衰期，有助于確保將其安全送達(dá)靶細(xì)胞。然而，PEG化脂類會(huì)引起炎癥反應(yīng)并阻礙微粒的吸收，這種現(xiàn)象被稱為“PEG困境"9。PEG化脂類可能具有免疫原性，導(dǎo)致PEG化過(guò)敏癥和抗PEGIgM和IgG的產(chǎn)生，這與PEG化脂類的意圖背道而馳，會(huì)加速LNPs的血液清除1。聚乙二醇化脂類也是又大又笨重的分子，雖然其目的是防止免疫系統(tǒng)攝取微粒，但也可能在遞送過(guò)程中抑制微粒的攝取，從而限制向靶細(xì)胞遞送治療藥物10。
研究人員一直在探索在LNP制劑中降低免疫原性并具有類似隱形活性的新技術(shù)。聚肌氨酸（pSAR）是一種基于內(nèi)源性氨基酸的合成聚合物，有望在LNPs中替代PEG化脂類11。用pSAR替代PEG化脂類配制的LNPs已被證明具有很高的轉(zhuǎn)染效率，而且免疫原性較低。因此，pSAR功能化LNPs有可能在不相應(yīng)增加副作用的情況下提高LNP的效力。
LNP表面修飾的靶標(biāo)選擇性
開(kāi)發(fā)可選擇性靶向組織、細(xì)胞甚至亞細(xì)胞特異性位點(diǎn)的LNP是許多研發(fā)工作的重點(diǎn)。靶向療法不僅能擴(kuò)大LNP的應(yīng)用范圍，而且與傳統(tǒng)的小分子療法一樣，還能減少不必要的副作用。
利用基礎(chǔ)生物學(xué)所賦予的被動(dòng)遞送功能，一些靶點(diǎn)相對(duì)容易進(jìn)入，而另一些則比較困難，需要經(jīng)過(guò)深思熟慮設(shè)計(jì)的主動(dòng)靶向機(jī)制。某些器官的結(jié)構(gòu)有利于LNPs的積聚。由于體積小，LNPs很容易穿過(guò)上皮有柵欄的器官和/或接受高比例心輸出量的器官，如肝、脾和肺12-14。一些研究人員找到了改變LNP脂質(zhì)成分的方法，以進(jìn)一步將LNP引導(dǎo)到這些器官。定制LNP的凈表面電荷，以實(shí)現(xiàn)組織滋養(yǎng)（凈表面電荷為正值、中性和負(fù)值的LNP可分別靶向肺、肝臟和脾臟）。在傳統(tǒng)的四組份LNP混合物中加入第五種脂質(zhì)，即脂質(zhì)SORT分子，采用選擇性器官靶向(SORT)方法可進(jìn)一步調(diào)整LNP的遞送15,16。然而，肝臟、脾臟和肺部以外的部位也會(huì)出現(xiàn)很多疾病。要將LNP推向醫(yī)學(xué)的前沿，就必須制定戰(zhàn)略，將LNP輸送到任何部位。
由于血腦屏障的存在，影響大腦的疾病很難治療。盡管LNPs體積很小，但它們不會(huì)被動(dòng)地穿過(guò)血腦屏障。一些研究人員并沒(méi)有與生物學(xué)作斗爭(zhēng)，而是找到了利用生物學(xué)的巧妙方法。Qiaobing Xu的實(shí)驗(yàn)室了解到神經(jīng)遞質(zhì)是內(nèi)源性分子，其中一些可以穿過(guò)血腦屏障，因此合成了基于色胺的新型脂質(zhì)，色胺是許多神經(jīng)遞質(zhì)共有的官能團(tuán)17。這些源于神經(jīng)遞質(zhì)的類脂質(zhì)（稱為NT類脂質(zhì)）可以讓原本不透腦的LNP制劑通過(guò)血腦屏障。
抗體介導(dǎo)的遞送也可用于實(shí)現(xiàn)特異性細(xì)胞靶向。用針對(duì)特定受體的抗體裝飾LNPs表面，是一種將LNPs引導(dǎo)到靶細(xì)胞的有趣策略。然而，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)之間的化學(xué)共軛很困難，而且要將抗體錨定在LNP表面并保持其功能定位也很有挑戰(zhàn)性18。利用錨定二級(jí)scFv靶向（ASSET）分子的靶向平臺(tái)可以解決這些問(wèn)題。脂質(zhì)化的單鏈可變片段（scFv）很容易與LNPs結(jié)合。它們能識(shí)別抗體的Fc區(qū)并與之結(jié)合，確保抗體的Fab能與配體結(jié)合。使用這種方法可以利用大量的抗體-抗原配對(duì)，它可能被證明是靶向細(xì)胞特異性遞送的多功能平臺(tái)。
未來(lái)脂質(zhì)的考慮因素
LNP制劑中最大的懸而未決問(wèn)題之一是如何在不產(chǎn)生過(guò)多免疫原性的情況下提高LNP效力。新型脂質(zhì)的鑒定是許多研發(fā)工作的主題。目前有大量可離子化的陽(yáng)離子脂質(zhì)可供使用，而且其可用性和數(shù)量還在不斷增加。對(duì)可離子化陽(yáng)離子脂質(zhì)的極性頭部基團(tuán)、連接基團(tuán)和/或疏水尾部進(jìn)行改性，將繼續(xù)提高LNPs的封裝和轉(zhuǎn)染效率，同時(shí)不影響生物相容性或生物降解性。
研究人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，合理設(shè)計(jì)新的脂質(zhì)很有好處。有些研究人員可能會(huì)從內(nèi)源化合物中獲得靈感，就像開(kāi)發(fā)pSAR功能化LNP和NT類脂一樣。使用由內(nèi)源性構(gòu)件構(gòu)建的LNP成分可以避免毒性，因?yàn)樗鼈兏菀咨锝到饣虼x成親水性更好、毒性最小的內(nèi)源性化合物。事實(shí)上，一些研究人員已經(jīng)開(kāi)始探索外泌體—“自然界的脂質(zhì)納米顆粒"--作為一種更具生物仿生性的核酸療法遞送途徑19。還有一些人則希望利用現(xiàn)有化合物的特性來(lái)開(kāi)發(fā)新的脂質(zhì)。已經(jīng)有人采用這種方法，利用已知的類收費(fèi)受體（TLR）激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出具有特殊佐劑活性的新脂質(zhì)。事實(shí)上，在傳統(tǒng)的四組分LNP中加入佐劑類脂，可以增強(qiáng)SARS-CoV-2mRNA疫苗的細(xì)胞免疫反應(yīng)，而且小鼠的耐受性良好20。
我們正處于一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)端，LNP技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以實(shí)現(xiàn)曾經(jīng)只是假設(shè)的療法的地步。要繼續(xù)在這一領(lǐng)域取得進(jìn)展，可能需要整合多種方法來(lái)解決LNP目前存在的局限性，并開(kāi)展合作研發(fā)工作，汲取各科學(xué)學(xué)科的廣泛專業(yè)知識(shí)，將LNP帶到現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的前沿。
參考文獻(xiàn)：
【1】Rohner, E., Yang, R., Foo, K.S., et al.Nat. Biotechnol. 40(11), 1586-1600 (2022).
【2】Aliahmad, P., Miyake-Stoner, S.J., Geall, A.J., et al. Cancer Gene Ther. 30(6), 785-793 (2023).
【3】Witzigmann, D., Kulkarni, J.A., Leung, J., et al.Adv. Drug Deliv. Rev. 159, 344-363 (2020).
【4】Schlich, M., Palomba, R., Costabile, G., et al.Bioeng. Transl. Med. 6(2), e10213 (2021).
【5】Albertsen, C.H., Kulkarni, J.A., Witzigmann, D., et al.Adv. Drug Deliv. Rev. 188, 114416 (2022).
【6】Bost, J.P., Barriga, H., Holme, M.N., et al.ACS Nano 15(9), 13993-14021 (2021).
【7】Han, X., Zhang, H., Butowska, K., et al. Nat. Commun. 12(1), 7233 (2021).
【8】Maier, M.A., Jayaraman, M., Matsuda, S., et al.Mol. Ther. 21(8), 1570-1578 (2013).
【9】Zalba, S., Ten Hagen, T.L.M., Burgui, C., et al. J Control. Release 351, 22-36 (2022).
【10】Digiacomo, L., Renzi, S., Quagliarini, E., et al. Nanomed.: Nanotechnol. Biol. Med. 102697 (2023).
【11】Nogueira, S.S., Schlegel, A., Maxeiner, K., et al.ACS Appl. Nano Mater. 3(11) 10634-10645 (2020).
【12】Dilliard, S.A., and Siegwart, D.J. Nat. Rev. Mater. 8(4), 282-300 (2023).
【13】Hammond, S.M, Aartsma-Rus, A., Alves, S., et al. EMBO Mol. Med. 13(4), e13243 (2021).
【14】Nakamura, T., Sato, Y., Yamada, Y., et al. Adv. Drug Deliv. Rev. 188, 114417 (2022).
【15】Kularatne, R.N., Crist, R.M., and Stern, S.T. Pharmaceuticals (Basel)15(7), 897 (2022).
【16】Wang, X., Liu, S., Sun, Y., et al. Nat. Protoc. 18(1), 265-291 (2023).
【17】Ma, F., Yang, L, Sun, Z., et al. Sci. Adv. 6(30), eabb4429 (2020).
【18】Kedmi, R., Veiga, N., Ramishetti, S., et al. Nat. Nanotechnol. 13(3), 214-219 (2018).
【19】Tenchov, R., Sasso, J.M., Wang, X., et al.ACS Nano. 16(11), 17802-17846 (2022).
【20】Han, X., Alameh, M.-G.., Butowska, K., et al. Nat. Nanotechnol. 18(9), 1105-1114 (2023).
關(guān)于Cayman
Cayman Chemical公司成立于1980年，在過(guò)去20年的發(fā)展中，一直向全球科學(xué)工作者提供多研究領(lǐng)域的生化、免疫試劑和分析試劑盒，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于腫瘤、氧化氮、神經(jīng)學(xué)、凋亡、氧化性損傷、內(nèi)分泌學(xué)等不同研究領(lǐng)域。
Cayman Chemical可提供各種用于檢測(cè)的特色試劑盒，如：類花生酸類物質(zhì)、游離的生物標(biāo)志、環(huán)核苷、激素及氧化氮等；也提供多種高質(zhì)量試劑，包括：類花生酸類物 質(zhì)、氧化氮試劑及許多相關(guān)脂質(zhì)、脂肪酸、酶和抗體。
文章部分相關(guān)產(chǎn)品：
| 化合物 | ||||
| Cat No. | 產(chǎn)品名稱 | CAS No. | 純度 | 產(chǎn)品類型 |
| 34364 | DLin-MC3-DMA | 1224606-06-7 | ≥95% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 34337 | ALC-0315 | 2036272-55-4 | ≥98% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 33474 | SM-102 | 2089251-47-6 | ≥98% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 34372 | Lipid 5 | 2089251-33-0 | ≥95% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 35337 | Lipid 29 | 2244716-55-8 | ≥98% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 35051 | L-319 | 1351586-50-9 | ≥95% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 25726 | DODAP | 127512-29-2 | ≥98% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 34363 | DLin-KC2-DMA | 1190197-97-7 | ≥98% | 可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)體 |
| 34336 | ALC-0159 | 1849616-42-7 | ≥95% | PEG化磷脂 |
| 33945 | DMG-PEG(2000) | 160743-62-4 | ≥90% | PEG化磷脂 |
| 9003100 | Cholesterol | 57-88-5 | ≥95% | 固醇脂 |
| 15100 | 1,2-DSPC | 816-94-4 | ≥98% | 中性磷脂 |
| LNP探索工具盒 | ||
| Cat No. | 產(chǎn)品名稱 | 產(chǎn)品作用 |
| 36970 | Lipid Nanoparticle (LNP-MC3) Exploration Kit | 用于準(zhǔn)備含有DLin-MC3-DMA的LNPs |
| 35426 | Lipid Nanoparticle (LNP-0315) Exploration Kit | 用于準(zhǔn)備含有ALC-0315的LNPs |
| 35425 | Lipid Nanoparticle (LNP-102) Exploration Kit | 用于準(zhǔn)備含有SM-102的LNPs |
| 測(cè)量LNP誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)的試劑盒 | ||
| Cat No. | 產(chǎn)品名稱 | 靶點(diǎn) |
| 501240 | Mouse IgG ELISA Kit | 小鼠免疫蛋白 |
| 501030 | Interleukin-6 (human) ELISA Kit | IL-6 |
| 583311 | Interleukin-1β (human) ELISA Kit | IL-1β |
| 502220 | SARS-CoV-2 Neutralizing Antibody SimpleDetect ELISA Kit | 新冠中和抗體 |
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