非病毒核酸遞送載體平臺脂質納米粒(LNP)的介紹
隨著新冠疫情的陰霾漸漸散去，各行各業(yè)也在快速蘇醒恢復。在這個過程中我們已經目睹眾多企業(yè)為了生存發(fā)展，主動或被動的進行變革。前瞻性的重要愈發(fā)明顯，面對變革掌握著主動權無論何時都可以立于不敗之地，科研亦是如此。核酸類技術開啟了程序化制藥的新時代，基于核酸的配對原理，科學家可以避免復雜冗長的高通量篩選而極大的推進自己的研究進程。權威機構預測繼小分子和單抗藥以后，RNAi可能會超過細胞療法成為第三大藥物形式，到2025年RNAi藥物市場體量將邁過百億大關。
2018年美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準Alnylam公司研發(fā)的采用RNAi療法的藥物Onpattro，用于成人遺傳性轉甲狀腺素蛋白（hATTR）淀粉樣變性引起的周圍神經病變。至此Onpattro正式拉開了RNAi療法的大幕，對比化學藥物RNAi藥物的優(yōu)勢尤為明顯，憑借Watson-Crick堿基配對原理，RNAi藥物可以迅速識別出高活性、高親和力和具有特異性的靶分子。面對這一巨大突破，嗅到商機的全球頭部藥企紛紛著手布局，開展相關研究。
回顧RNAi藥物的發(fā)展， “欲戴王冠，必承其重”似乎是一個最佳的注解。頭頂諾貝爾獎的光環(huán)進入大眾視野，卻在后續(xù)應用于臨床的道路上屢屢受挫�？茖W界對于siRNA和miRNA的研究已經十分深入，RNAi療法面臨的挑戰(zhàn)在于外源性的小核酸要如何進入胞內發(fā)揮作用，在進入人體后，要面臨重重關卡的阻攔。腎臟的過濾清除作用、人體對于外來物質的免疫殺傷作用、體內各種酶的降解作用以及如何進入細胞核等等，說是九九八十一難也不夸張。這時候就需要一個可以保護小核酸同時可以精準定向的載體來完成轉染。轉染是整個核酸類技術中的關鍵過程，擔負著從前期設計到導入目標的“轉變一躍”。當今科學界公認最先進的非病毒核酸遞送載體平臺——脂質納米粒（lipid nanoparticles,LNP）就是今天的主角。
Fig1：LNP的組成部分
目前FDA批準的LNP配方都含有圖1所示的四種脂質，最重要的可電離陽離子脂質，以及起輔助作用的DSPC、膽固醇以及聚乙二醇脂質偶聯(lián)物，這些成分可以促進單分散納米顆粒形成，提高納米顆粒穩(wěn)定性，實現(xiàn)高效核酸包封，幫助細胞攝取，并促進核酸藥物的內體逃逸【1】。這種復雜又特殊的結構賦予了LNP明顯優(yōu)于其他遞送平臺的特點：更強的組織穿透性，更高的轉染效率和核酸包封率、更低的細胞毒性。擁有這些優(yōu)勢傍身，LNP成為生物界的研究熱點也就不足為奇，更令人驚喜的是這位 “當紅炸子雞” 沒有故步自封，在擴展研究方向和作用的路上高歌猛進。
Nature雜志在其官方發(fā)布的“2022年值得關注的七項技術”中為LNP保留了位置，與基因編輯和量子計算等前沿技術同列。前文提到的全球首個RNAi藥物Onpattro采用的給藥系統(tǒng)就是LNP導入技術，19個堿基對的siRNA被包裹在LNP中通過藥物輸注直接運輸?shù)礁闻K，阻止甲狀腺轉運蛋白（TTR）的異常表達，從而減少外周神經系統(tǒng)中淀粉樣蛋白的沉積【2】。LNP已經實現(xiàn)肝臟的運輸，但是各種疾病的病灶和靶細胞卻不會僅局限于肝臟，為了實現(xiàn)LNP的定向運輸，喬治亞理工學院的J. E. Dahlman教授團隊從T細胞會主動吞噬脂蛋白顆粒和包膜病毒這一現(xiàn)象得到靈感。參考與LNP類似的結構，猜測缺乏靶向配體的LNP可以在體內將RNA傳遞給T細胞。研究小組發(fā)現(xiàn)含有構象受約束的脂質的納米材料形成穩(wěn)定的LNP，命名為受約束的脂質納米顆粒（cLNP）。cLNP以低至0.5 mg kg-1的劑量向T細胞遞送siRNA和sgRNA【3】。
Fig2：用于體內活性的高通量siRNA篩選顯示，cLNP在T細胞中具有生物活性
第一代脂庫的篩選結果提供了初步的證據(jù)，即含金剛烷的LNP可以在不使用靶向配體的情況下將核酸siRNA體內遞送至T細胞。為了進一步研究金剛烷與siRNA傳遞之間的關系，研究人員用含金剛烷的LNP進行了第二次體內篩選。最終的結果說明了cLNP不優(yōu)先靶向肝細胞，遞送的方向與化學成分和載體尺寸相關。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了之前對于LNP遞送的固有認識，科研小組也表示希望他們的研究成果科研激發(fā)其他的發(fā)現(xiàn)和突破。Dahlman教授的期望沒有落空。塔夫茨大學的實驗室使用基因文庫進行篩選發(fā)現(xiàn)脂質納米顆粒的器官靶向性是由脂質化合物的連接基團決定的，需要靶向肝臟就選擇連接基團為酯鍵的O系列；如果需要靶向肺部就選擇連接基團為酰胺鍵的N系列。
Fig3：觀察不同靶細胞的轉染情況
同時使用液相色譜-質譜分析了肝和肺靶向LNPs上的蛋白冠，并鑒定了一組獨特的血漿蛋白，這些蛋白質特異性地吸附在表面，可能有助于這些LNPs的靶向性。通過簡單地調整N系列LNPs的頭部結構，也可以靶向不同的肺細胞類型【4】�；虔煼鎸Φ囊淮筇魬�(zhàn)就是如何做到安全高效的靶器官和靶細胞的定向運輸，圍繞LNP的這些研究成果為苦心鉆研的科學家指明了方向。
RNAi療法歷經波折，從橫空出世到沉寂谷底，又到今天的如日中天。這翻天覆地的變化完全仰賴于Alnylam研發(fā)的Onpattro成功上市，精心修飾后的siRNA搭配先進的LNP遞送系統(tǒng)強強聯(lián)手，挽救了被各大藥企拋棄的RNAi領域。小核酸藥物的優(yōu)勢在高特異性，廣泛的靶點以及可觀的半衰期。LNP脫胎于脂質體，經過20多年的發(fā)展，已經成為最先進的非病毒核酸遞送載體平臺。利用自身優(yōu)勢一次又一次突破生物研究的瓶頸，我們有理由相信LNP與RNAi的組合會給我們帶來一個又一個研究上的突破和驚喜。
同立海源生物自成立一直專注于細胞與基因治療（CGT）上游GMP級核心試劑原料和研發(fā)生產，公司研發(fā)生產的LipidnanoTM Super RNAi 轉染試劑（貨號：TL-1001）獨具核心競爭力，轉染效率高、低細胞毒性、操作簡單快捷，并可實現(xiàn)體內外同機制一體化轉染。該款轉染試劑用于 siRNA 介導的基因敲低實驗，適合將 siRNA 和 miRNA 等小RNA 高效地輸送到廣泛的細胞類型中。試劑包載核酸效率優(yōu)異，通過提升細胞內吞后包載核酸的內含體逃逸水平，促進 siRNA 在細胞質內發(fā)揮 RNA 干擾作用。
操作流程
解讀文獻：
【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.
【2】 Hu B, Zhong L, Weng Y, Peng L, Huang Y, Zhao Y, Liang XJ. Therapeutic siRNA: state of the art. Signal Transduct Target Ther. 2020 Jun 19;5(1):101.
【3】 Lokugamage MP, Sago CD, Gan Z, Krupczak BR, Dahlman JE. Constrained Nanoparticles Deliver siRNA and sgRNA to T Cells In Vivo without Targeting Ligands. Adv Mater. 2019 Oct;31(41):e1902251.
【4】 Qiu M, Tang Y, Chen J, Muriph R, Ye Z, Huang C, Evans J, Henske EP, Xu Q. Lung-selective mRNA delivery of synthetic lipid nanoparticles for the treatment of pulmonary lymphangioleiomyomatosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022 Feb 22;119(8):e2116271119.
