圖1.各脂質(zhì)成分及LNP示意
 

對于mRNA-LNPs疫苗，肌肉注射是最常見的給藥途徑，這允許LNPs擴散到淋巴,在淋巴中，mRNA-LNPs疫苗可以直接接觸APCs，不存被免疫細(xì)胞清除的風(fēng)險，這意味著通過肌肉給藥時，LNPs中的陽離子脂質(zhì)和PEG脂質(zhì)為非必須成分。因此，未來的研究旨在發(fā)掘陽離子脂質(zhì)和PEG脂質(zhì)的替代材料，以獲取更好的疫苗療效，如可對兩性離子材料和人工蛋白涂層等進(jìn)行研究。

2.mRNA-LNPs真實結(jié)構(gòu)探究
納米尺度的結(jié)構(gòu)排列是決定核酸功能傳遞的關(guān)鍵因素，不同形態(tài)的納米粒子其轉(zhuǎn)染性能差異巨大。到目前為止，對于LNPs中包裹mRNA的確切排列還沒有較為透徹的研究，大部分的信息都是通過siRNA-LNPs系統(tǒng)獲得的。然而，mRNA至少比siRNA大100倍，從siRNA-LNPs的結(jié)構(gòu)中獲得的經(jīng)驗是否以及在多大程度上適用于mRNA-LNPs仍存在爭議。

圖2.LNP不同結(jié)構(gòu)排列示意圖
 

如能更好地理解納米粒子結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系，則可更快速的優(yōu)化mRNA-LNPs并創(chuàng)建有效的免疫傳遞系統(tǒng)。在這方面，定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系(QSAR)方法可以用于預(yù)測mRNA-LNPs的合成特性與其在細(xì)胞水平上的作用機制之間的關(guān)系。QSAR方法假設(shè)具有相似合成特性的LNPs將與細(xì)胞發(fā)生類似的相互作用，從而引發(fā)類似的生理反應(yīng)(例如，蛋白的表達(dá)和抗體的產(chǎn)生)。作者預(yù)計QSAR研究將使體外生物活性預(yù)測成為可能，并加速mRNA-LNPs疫苗的優(yōu)化過程。

3D生物打印組織上的疫苗驗證
給藥系統(tǒng)的驗證需要建立適當(dāng)?shù)捏w外模型進(jìn)行配方篩選。雖然二維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)在藥理研究方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但其缺乏由相鄰細(xì)胞、分子梯度和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)等組成的復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)，所得的研究結(jié)果很難轉(zhuǎn)化至體內(nèi)生理系統(tǒng)。3D生物打印則能創(chuàng)建更接近生理環(huán)境的立體模型，使用3D細(xì)胞培養(yǎng)也有利于通過多種熒光標(biāo)記或其他旨在跟蹤免疫細(xì)胞之間相互作用的技術(shù)來跟蹤細(xì)胞與細(xì)胞之間的動態(tài)相互作用。

圖3.在3D生物打印組織中進(jìn)行LNPs特異性遞送試驗
 

近些年來，仿生3D組織模型的開發(fā)取得了諸多進(jìn)展，肺部組織的3D模型已用于器官功能衰竭的研究、完整的具有免疫能力的3D皮膚也已用于疫苗反應(yīng)分析。在減少試驗動物數(shù)量的同時，3D組織模型還能幫助人們從根本上了解免疫激活效力與給藥途徑不同帶來的差異，這在疫情大流行的背景下顯得非常有必要。

在應(yīng)對疫情方面，mRNA-LNPs疫苗已取得了很好的成績，但仍有較大的改進(jìn)空間。不斷的優(yōu)化載體成分與配比，摸清LNPs納米尺度的排布規(guī)律，方能積累更多的可用經(jīng)驗，為LNPs其他領(lǐng)域的治療提供新動力。而3D生物打印則為疫苗的測試提供了全新的路徑，相信在未來幾年，3D生物打印定能提供更快、更有預(yù)測性的疫苗測試能力。
注：文章內(nèi)容多來自文獻(xiàn)參考，文獻(xiàn)題為“Principles for optimization and validation of mRNA lipid nanoparticle vaccines against COVID-19 using 3D bioprinting”，如需了解更多內(nèi)容，可直接查閱原文獻(xiàn)。


參考文獻(xiàn)：
[1]Papi M, Pozzi D, Palmieri V, Caracciolo G. Principles for optimization and validation of mRNA lipid nanoparticle vaccines against COVID-19 using 3D bioprinting. Nano Today. 2022 Apr;43:101403. doi: 10.1016/j.nantod.2022.101403. Epub 2022 Jan 21. PMID: 35079274; PMCID: PMC8776405.
[2]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.
[3]Tenchov R, Bird R, Curtze AE, Zhou Q. Lipid Nanoparticles─From Liposomes to mRNA Vaccine Delivery, a Landscape of Research Diversity and Advancement. ACS Nano. 2021 Nov 23;15(11):16982-17015. doi: 10.1021/acsnano.1c04996. Epub 2021 Jun 28. PMID: 34181394.