納微快速納米藥物制備系統(tǒng)在制備脂質(zhì)mRNA-LNP遞送載體中的新應(yīng)用
近日，浙江大學(xué)劉帥課題組使用納微儀器Nanowetech的NWDPS快速納米藥物制備系統(tǒng)制備單組分陽(yáng)離子脂質(zhì)mRNA，靜脈給藥后靶向脾臟T細(xì)胞。
四組分脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）已被廣泛應(yīng)用于上市COVID-19 mRNA疫苗和大量mRNA療法的臨床試驗(yàn)中，證明了它們?cè)趯RNA傳遞到肝臟和肌肉方面的有效性。mRNA藥物的肝外靶向分布對(duì)于治療影響非肝器官的多種疾病具有巨大的意義，特別是靶向脾臟和T細(xì)胞的特異性mRNA遞送為癌癥免疫治療和誘導(dǎo)抗病毒免疫反應(yīng)提供了一個(gè)引人注目的選擇。
盡管如此，將mRNA靶向遞送至肝外組織在很大程度上仍是限制其應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要挑戰(zhàn)。目前的脾靶向技術(shù)往往以轉(zhuǎn)染效率或療效降低為代價(jià)，導(dǎo)致使用新型遞送載體時(shí)，脾中的mRNA整體表達(dá)量仍低于肝臟。
2024年4月18日，來(lái)自浙江大學(xué)藥學(xué)院的劉帥課題組在Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表了題為“One-Component Cationic Lipids for Systemic mRNA Delivery to Splenic T Cells”的研究論文。本研究提出，富含仲胺的陽(yáng)離子脂質(zhì)可以作為獨(dú)立的單一組分載體在體外和體內(nèi)有效地遞送mRNA。此外，這些載體有助于在靜脈給藥后有效地將mRNA遞送至脾臟T細(xì)胞亞群，顯示出免疫治療應(yīng)用的巨大潛力。這種簡(jiǎn)單的策略擴(kuò)展了脂質(zhì)體在肝外mRNA遞送中的效用，為L(zhǎng)NP以外的載體開(kāi)發(fā)提供了新的見(jiàn)解，以進(jìn)一步推動(dòng)精準(zhǔn)mRNA治療領(lǐng)域的發(fā)展。
作為大多數(shù)四組分LNP載體的重要組成部分，已有大量研究設(shè)計(jì)了多種含叔胺的陽(yáng)離子脂質(zhì)（An-R-T），通常通過(guò)胺基和環(huán)氧類(lèi)似物或丙烯酸酯合成。仔細(xì)控制環(huán)氧開(kāi)環(huán)和Michael加成起始材料的反應(yīng)溫度和摩爾比，即可得到富含仲胺基的陽(yáng)離子脂質(zhì)（An-R-S）（圖1B、1C），并采用這一設(shè)計(jì)的可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)作為單組分載體制備陽(yáng)離子脂質(zhì)/mRNA納米顆粒（CLNs）。
圖1. 單組分陽(yáng)離子脂質(zhì)載體的設(shè)計(jì)合成
圖3. 單組分CLNs的體內(nèi)mRNA遞送
圖4. TE-EP8-Scln介導(dǎo)脾臟T細(xì)胞mRNA翻譯
總結(jié)
本研究提出的單一組分陽(yáng)離子脂質(zhì)直接用于載體構(gòu)建，為mRNA藥物提供了另一種遞送選擇，并存在將mRNA遞送到肝外組織的潛力。本文提出的基于仲胺的單組分載體方法可以擴(kuò)展到廣泛的陽(yáng)離子脂質(zhì)和聚合物載體，為進(jìn)一步發(fā)展mRNA傳遞技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)啟了新的研究方向。
參考資料
[1]Zhang X, Su K, Wu S, Lin L, He S, Yan X, Shi L, Liu S. One-Component Cationic Lipids for Systemic mRNA Delivery to Splenic T Cells. Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Apr 18:e202405444. doi: 10.1002/anie.202405444.
四組分脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）已被廣泛應(yīng)用于上市COVID-19 mRNA疫苗和大量mRNA療法的臨床試驗(yàn)中，證明了它們?cè)趯RNA傳遞到肝臟和肌肉方面的有效性。mRNA藥物的肝外靶向分布對(duì)于治療影響非肝器官的多種疾病具有巨大的意義，特別是靶向脾臟和T細(xì)胞的特異性mRNA遞送為癌癥免疫治療和誘導(dǎo)抗病毒免疫反應(yīng)提供了一個(gè)引人注目的選擇。
盡管如此，將mRNA靶向遞送至肝外組織在很大程度上仍是限制其應(yīng)用開(kāi)發(fā)的重要挑戰(zhàn)。目前的脾靶向技術(shù)往往以轉(zhuǎn)染效率或療效降低為代價(jià)，導(dǎo)致使用新型遞送載體時(shí)，脾中的mRNA整體表達(dá)量仍低于肝臟。
2024年4月18日，來(lái)自浙江大學(xué)藥學(xué)院的劉帥課題組在Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表了題為“One-Component Cationic Lipids for Systemic mRNA Delivery to Splenic T Cells”的研究論文。本研究提出，富含仲胺的陽(yáng)離子脂質(zhì)可以作為獨(dú)立的單一組分載體在體外和體內(nèi)有效地遞送mRNA。此外，這些載體有助于在靜脈給藥后有效地將mRNA遞送至脾臟T細(xì)胞亞群，顯示出免疫治療應(yīng)用的巨大潛力。這種簡(jiǎn)單的策略擴(kuò)展了脂質(zhì)體在肝外mRNA遞送中的效用，為L(zhǎng)NP以外的載體開(kāi)發(fā)提供了新的見(jiàn)解，以進(jìn)一步推動(dòng)精準(zhǔn)mRNA治療領(lǐng)域的發(fā)展。
單組份可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)載體設(shè)計(jì)
作為大多數(shù)四組分LNP載體的重要組成部分，已有大量研究設(shè)計(jì)了多種含叔胺的陽(yáng)離子脂質(zhì)（An-R-T），通常通過(guò)胺基和環(huán)氧類(lèi)似物或丙烯酸酯合成。仔細(xì)控制環(huán)氧開(kāi)環(huán)和Michael加成起始材料的反應(yīng)溫度和摩爾比，即可得到富含仲胺基的陽(yáng)離子脂質(zhì)（An-R-S）（圖1B、1C），并采用這一設(shè)計(jì)的可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)作為單組分載體制備陽(yáng)離子脂質(zhì)/mRNA納米顆粒（CLNs）。
圖1. 單組分陽(yáng)離子脂質(zhì)載體的設(shè)計(jì)合成
體外篩選實(shí)驗(yàn)顯示，富仲胺可電離子陽(yáng)離子脂質(zhì)（AnEP-S和An-Ac-S）介導(dǎo)了強(qiáng)大的mRNA表達(dá)和最小的細(xì)胞毒性，最佳候選藥物表現(xiàn)出比叔胺脂質(zhì)（An-EP-T和An-Ac-T）高4個(gè)數(shù)量級(jí)的遞送效率。與ALC-0315 LNPs相比，效率最佳的TE-EP10-S CLNs顯示了43倍增強(qiáng)。
仲胺脂質(zhì)CLNs的表征和驗(yàn)證
在mRNA的結(jié)合/包封上，叔胺脂質(zhì)體僅顯示出低于60%的低mRNA結(jié)合率，而單一仲胺脂質(zhì)的mRNA結(jié)合率達(dá)到了95%（圖2D）。移液器制備CLN的尺寸相對(duì)較大，依靠微流控設(shè)備可有效減小粒徑，最佳尺寸維持在100 nm左右。由于An-R-S脂質(zhì)富含仲胺基和疏水尾部，對(duì)mRNA靜電作用和疏水作用保證了CLNs的穩(wěn)定性，即使在4℃的10%胎牛血清（FBS）血清中孵育7天后，這一設(shè)計(jì)下的CLNs仍保持穩(wěn)定（圖2E）。
通過(guò)紅細(xì)胞破裂測(cè)定溶血和通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）分析的脂質(zhì)融合分析，顯示兩種富胺脂質(zhì)之間的內(nèi)體逃逸沒(méi)有明顯差異（圖2G）。共聚焦熒光成像證實(shí)了優(yōu)化后的仲胺CLNs從內(nèi)體中有效逃逸（圖2H）。相反，叔胺對(duì)應(yīng)載體由于細(xì)胞攝取較低介導(dǎo)了有限的內(nèi)體逃逸。這些結(jié)果突出了單組分可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)在克服多種遞送障礙方面所取得的突破。此外，基于仲胺的CLN由于增強(qiáng)了mRNA結(jié)合和細(xì)胞攝取而優(yōu)于叔胺。
通過(guò)紅細(xì)胞破裂測(cè)定溶血和通過(guò)熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）分析的脂質(zhì)融合分析，顯示兩種富胺脂質(zhì)之間的內(nèi)體逃逸沒(méi)有明顯差異（圖2G）。共聚焦熒光成像證實(shí)了優(yōu)化后的仲胺CLNs從內(nèi)體中有效逃逸（圖2H）。相反，叔胺對(duì)應(yīng)載體由于細(xì)胞攝取較低介導(dǎo)了有限的內(nèi)體逃逸。這些結(jié)果突出了單組分可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)在克服多種遞送障礙方面所取得的突破。此外，基于仲胺的CLN由于增強(qiáng)了mRNA結(jié)合和細(xì)胞攝取而優(yōu)于叔胺。
圖2. 單組分陽(yáng)離子脂質(zhì)CLN的構(gòu)效及理化性質(zhì)分析
研究在C57BL/6小鼠中，通過(guò)靜脈注射0.25 mg/kg的劑量，進(jìn)一步評(píng)估了CLNs的器官靶向性（圖3A）。與主要靶向肝臟的LNPs不同，單組分可電離陽(yáng)離子脂質(zhì)主要介導(dǎo)靶向脾臟的mRNA表達(dá)。
TE-EP8-S具有兩個(gè)疏水尾部和五個(gè)仲胺基，所得的CLNs在脾臟中獲得了最高的mRNA表達(dá)（圖3B）。其介導(dǎo)的熒光素酶表達(dá)在脾臟中高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并呈劑量依賴(lài)性增加。
TE-EP8-S具有兩個(gè)疏水尾部和五個(gè)仲胺基，所得的CLNs在脾臟中獲得了最高的mRNA表達(dá)（圖3B）。其介導(dǎo)的熒光素酶表達(dá)在脾臟中高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，并呈劑量依賴(lài)性增加。
圖3. 單組分CLNs的體內(nèi)mRNA遞送引入loxp-Cre重組系統(tǒng)的Ai9小鼠模型可以在Cre重組蛋白存在的情況下誘導(dǎo)tdTomato的表達(dá)來(lái)刪除轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)盒（stop cassettes）。實(shí)驗(yàn)表明，裝載Cre mRNA的TE-EP8-S CLNs有效地促進(jìn)了脾臟中的蛋白表達(dá)，在靜脈注射給藥后，近6%的T細(xì)胞被轉(zhuǎn)染（圖4B,C）。
圖4. TE-EP8-Scln介導(dǎo)脾臟T細(xì)胞mRNA翻譯總結(jié)
本研究提出的單一組分陽(yáng)離子脂質(zhì)直接用于載體構(gòu)建，為mRNA藥物提供了另一種遞送選擇，并存在將mRNA遞送到肝外組織的潛力。本文提出的基于仲胺的單組分載體方法可以擴(kuò)展到廣泛的陽(yáng)離子脂質(zhì)和聚合物載體，為進(jìn)一步發(fā)展mRNA傳遞技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)啟了新的研究方向。
參考資料
[1]Zhang X, Su K, Wu S, Lin L, He S, Yan X, Shi L, Liu S. One-Component Cationic Lipids for Systemic mRNA Delivery to Splenic T Cells. Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Apr 18:e202405444. doi: 10.1002/anie.202405444.
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