Nature子刊：新型雾化LNP，向肺部高效递送mRNA

2023-11-23 10:12

该研究开发了迄今最高效的向肺部递送mRNA的雾化脂质纳米颗（LNP）配方，为肺部疾病的基因治疗带来了更有潜力的递送载体。

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

基于核酸的药物具有很高的灵活性，可以编码多种治疗性蛋白质，用于治疗、预防或疫苗。现阶段，慢病毒、腺相关病毒（AAV）等病毒载体，以及脂质纳米颗粒（LNP）等非病毒载体的开发和优化，大大推动了核酸药物的发展。

但目前的核酸药物递送系统容易在肝脏富集，而包括新冠肺炎、流感、囊性纤维化、原发性纤毛运动障碍、α-1抗胰蛋白酶缺乏症、哮喘，以及肺癌在哪的肺部疾病，亟需一种能够有效将mRNA递送到肺部的载体，以推动mRNA疫苗/疗法对肺部疾病的预防和治疗。

迄今为止，肺部靶向递送mRNA，基本都是使用聚乙烯亚胺（PEI）、脂质纳米颗粒（LNP）在小鼠上进行学术研究，很少在人类中进行的临床试验。其中最出名的临床试验是Translate Bio开发的LNP递送mRNA的雾化制剂治疗囊性纤维化，但遗憾的是，治疗后患者的肺功能并未得到改善。表明了靶向肺部的递送载体还需要进一步改进。

2023年11月20日，麻省理工学院 Daniel Anderson 团队在 Nature Nanotechnology 期刊发表了题为：Combinatorial development of nebulized mRNA delivery formulations for the lungs 的研究论文。

该研究开发了迄今最高效的向肺部递送mRNA的雾化脂质纳米颗粒（LNP）配方，为肺部疾病的基因治疗带来了更有潜力的递送载体。

体内递送mRNA，有望治疗和预防多种遗传病、传染病，以及其他疾病。特别值得注意的是，肌内注射基于脂质纳米颗粒（LNP）的mRNA疫苗对驱动COVID-19大流行的新冠病毒表现出优异的防护疗效。除了用作传染病疫苗外，mRNA技术还被用于肿瘤治疗性疫苗、蛋白质替代疗法和基因编辑中。

基于脂质纳米颗粒（LNP）的雾化mRNA递送的困难与几个雾化和肺特异性障碍有关。

首先，雾化诱导强大的剪切力，会破坏纳米颗粒结构并诱导聚集；

其次，转染支气管上皮需要穿透粘液层，这是扩散的空间和化学障碍；

此外，虽然纳米颗粒摄取在极化肺上皮细胞的基底侧最有效，但基底侧被紧密连接使递送的LNP难以进入；

为了解决雾化挑战，研究团队首先优化了LNP组分比例以提高稳定性，并通过缓冲条件和辅料的理性设计，进一步改善了LNP的稳定性。接下来，研究团队使用体外空气-液体界面（ALI）培养筛选了用于向肺上皮递送mRNA的脂质库。ALI培养被证明具有良好的预测能力，并产生了两个具有优异体内性能的候选脂质——IR-117-17和IR-19-Py。

当在优化配方条件下雾化时，这两种脂质分别大大优于最先进的向肺部和鼻腔的mRNA递送载体配方。雾化IR-117-17 LNP在向肺部递送mRNA方面比LNP提高了300倍，比之前报道的超支化聚(β-氨基酯)（PBAE）提高了2倍，包括在向大气道递送方面提高了45倍。

吸入式mRNA具有治疗多种疾病的潜力。然而，雾化脂质纳米颗粒面临着几个独特的挑战，包括雾化时的稳定性和穿透细胞内外屏障。该研究开发了一种组合方法来解决这些障碍。首先，通过改变雾化缓冲液来增加雾化过程中LNP的电荷，并添加支链聚合物辅料，LNP配方可以被稳定，以抵抗雾化诱导的聚集。接下来，研究团队使用还原胺合成了可电离、可降解的脂质组合库，并使用完全分化的空气-液体界面（ALI）培养的原代肺上皮细胞评估其递送潜力。最终开发可电离脂质、电荷稳定配方和稳定性增强辅料的组合，在向肺部递送mRNA的效率方面比目前最先进的LNP和聚合物纳米颗粒有显著改善。

论文链接 ：

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01548-3