陽離子脂質(zhì)

可電離的陽離子脂質(zhì)通常有一個(gè)叔胺，它在中性條件下脫質(zhì)子化，在低于脂質(zhì)酸解離常數(shù)(pKa)的pH條件下帶正電荷。陽離子脂質(zhì)有兩個(gè)關(guān)鍵的功能：一是促進(jìn)LNP中的核酸包封；二是介導(dǎo)核內(nèi)體膜破壞，使核酸釋放到細(xì)胞質(zhì)中。此外，陽離子脂質(zhì)也能在核內(nèi)體攝取中發(fā)揮重要作用：或直接通過某些脂質(zhì)上的正電荷與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜之間相互作用，或通過與支持細(xì)胞攝取的血漿蛋白結(jié)合發(fā)揮作用。

圖1為Comirnaty、Spikevax和Onpattro中使用的三種不同的陽離子脂質(zhì)。開發(fā)出一款有效的陽離子脂質(zhì)并非易事，需要考慮生物降解性、耐受性、蛋白表達(dá)和免疫原性等諸多問題，并且用于包裹siRNA的陽離子脂質(zhì)，不一定適用于DNA和RNA的包裹。

圖1.陽離子脂質(zhì)

PEG脂質(zhì)

PEG脂質(zhì)的選擇極大地影響LNP的大小、穩(wěn)定性、體內(nèi)分布和轉(zhuǎn)染效率等關(guān)鍵特性。在LNP制備和存儲(chǔ)過程中，PEG脂質(zhì)通過提供空間屏障來穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，既能驅(qū)動(dòng)自組裝又能防止顆粒聚集。圖2的電鏡圖中不難看出，當(dāng)PEG脂質(zhì)占比提升時(shí)，LNP的粒徑有較明顯的下降。此外，PEG脂質(zhì)在一定程度上控制LNP的循環(huán)時(shí)間及其與細(xì)胞間的相互作用。選擇哪一種PEG 脂質(zhì)高度取決于治療目的、靶器官和/或細(xì)胞類型以及給藥途徑，并應(yīng)考慮構(gòu)成脂質(zhì)尾巴的烷基/酰基鏈的摩爾比和長(zhǎng)度，研究表明這些參數(shù)都會(huì)影響LNP的關(guān)鍵特性。

圖2.LNP電鏡圖

膽固醇

膽固醇在細(xì)胞膜中的作用很大程度上取決于具體情況。當(dāng)與具有低凝膠-液晶相變(Tm)的脂質(zhì)結(jié)合時(shí)，膽固醇有助于形成液序相，其特征是膜流動(dòng)性降低、雙分子層厚度增加(圖3)，膽固醇和低Tm脂類發(fā)生“凝結(jié)”，因此脂類和膽固醇的橫截面積低于單個(gè)橫截面積的總和。然而，當(dāng)與高Tm脂質(zhì)結(jié)合時(shí)，膽固醇提高膜流動(dòng)性并使雙分子層變窄。在這兩種情況下，膽固醇都會(huì)將脂質(zhì)拉向液體狀態(tài)。另外，膽固醇可顯著減少LNP表面結(jié)合蛋白的數(shù)量，并改善循環(huán)半衰期。因此，相對(duì)于內(nèi)源性膜，LNP配方中含有等量的膽固醇可以防止凈流出或流入，并保持膜的完整性。

圖3.三種不同的脂膜相

中性脂質(zhì)

中性脂質(zhì)又稱為輔助型脂質(zhì)，常見的有DOPE、DSPC、DOPC等。與其他組分相比，針對(duì)中性脂質(zhì)的研究相對(duì)較少，其在配方中的占比為總脂質(zhì)的10%−20%。中性脂質(zhì)常作為L(zhǎng)NP配方的結(jié)構(gòu)脂質(zhì)，因?yàn)樗鼈兛梢宰园l(fā)地組織成脂質(zhì)雙層，且較高的相變溫度可增強(qiáng)LNP的膜穩(wěn)定性，與之相對(duì)應(yīng)，LNP在內(nèi)涵體逃逸時(shí)，其又能破壞內(nèi)涵體穩(wěn)定性，提高核酸遞送效率。中性脂質(zhì)通常是半合成的，例如，磷脂酰膽堿通常來源于蛋黃和大豆等天然原料，并且可以進(jìn)行化學(xué)修飾(如增加脂肪酸尾巴)。

圖4.不同類型的納米粒子

小 結(jié)

在制備條件一致的前提下，核酸成分及脂質(zhì)占比對(duì)納米粒子的結(jié)構(gòu)有著決定性的影響，從圖4即可看出。了解各類脂質(zhì)的功能是LNP配方優(yōu)化的前提，文中簡(jiǎn)要介紹了LNP常見四種成分的作用，其內(nèi)容多來自參考文獻(xiàn)，文獻(xiàn)題為“The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy”，如需更深入的了解，可直接查閱原文獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

1. Hald Albertsen C, Kulkarni JA, Witzigmann D, Lind M, Petersson K, Simonsen JB. The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv Drug Deliv Rev. 2022 Sep;188:114416. doi: 10.1016/j.addr.2022.114416. Epub 2022 Jul 3. PMID: 35787388; PMCID: PMC9250827.