脂质纳米颗粒（LNP）中各种脂质成分的作用
脂质纳米颗粒(LNP)在抗COVID-19 mRNA疫苗中发挥着重要作用。此外，许多临床前和临床研究，包括siRNA-LNP产品Onpattro®，显示LNP释放了基于核酸的疗法和疫苗的潜力。要理解LNP成功的关键是什么，我们需要理解构成它们的构建模块的作用。在这篇综述中，我们从大小、结构、稳定性、表观pKa、核酸包封率、细胞摄取和内体逃逸等方面讨论了每种脂质成分对LNP递送平台的贡献。为了探索这一点，我们将总结脂质体领域的发现以及LNP文献中的里程碑和最近的文章。我们还将讨论基于荧光检测值、免疫原性/反应原性和LNP肝脏外递送的LNP体外/体内研究面临的挑战和策略。如何应对这些基本挑战，包括添加和组合哪些脂质成分，将可能决定基于LNP的基因疗法和用于治疗各种疾病的疫苗的范围。简介辉瑞- BioNTech (BNT162b2，也称为Comirnaty®) 和Moderna (mRNA-1273，也称为Spikevax®) 疫苗在抗击COVID-19方面取得的巨大成功证明了脂质纳米颗粒(LNP)的价值和快速转化潜力。在本综述中，我们将LNP定义为除其它类型的脂质和包裹的核酸载荷外，还含有可电离阳离子脂质的亚微米颗粒。LNP递送系统对这些疫苗的成功至关重要。LNP作为核酸载荷的保护性“胶囊”，防止酶降解，直到核酸递送到靶细胞的细胞质。在COVID-19疫苗中，mRNA编码一种抗原，特别是经过修饰的SARS-CoV-2刺突表面蛋白，可触发免疫应答，包括产生中和抗体。现代LNP技术是目前临床上最先进的非病毒基因递送系统，经过多年的研究已经达到顶峰。继2018年获得FDA批准的首个RNA干扰治疗药物Onpattro®之后，LNP技术现在可以帮助实现基因编辑、蛋白质替代和疫苗应用。在Onpattro®中，LNP将短干扰RNA (siRNA)递送到肝脏、以沉默转甲状腺素蛋白的表达，后者导致转甲状腺素蛋白淀粉样变性(ATTR)。开发和规模放大Onpattro®为LNP-mRNA疫苗提供了一条道路，这是有史以来生产最快的疫苗，对抗击COVID-19至关重要。临床前研究已使用LNP递送siRNA和mRNA以外的核酸，如反义寡核苷酸(ASO)、微小RNA和DNA。目前有几项临床试验正在评估LNP可递送的广泛有效载荷，包括首个通过静脉给药的体内CRISPR/Cas9治疗，用于治疗ATTR患者。因此，LNP似乎是一个多功能的核酸递送平台，克服了基因治疗的主要障碍，即核酸降解和有限的细胞摄取。在这里，我们将基因治疗广义地定义为包括改变细胞中特定蛋白表达、以治疗疾病的核酸模式。这些模式包括siRNA和ASO，目的是减少致病蛋白质、mRNA和DNA的生成，从而使在遗传病中缺失或受损的必需蛋白质得以生成，以及CRISPR/Cas9编辑或灭活缺陷基因。Cas9酶和向导RNA可以在DNA和RNA水平被递送。除了近期在快速疫苗开发方面取得的成功外，装载这些新治疗模式的LNP将极大地影响免疫肿瘤治疗和罕见遗传疾病的治疗。许多关于LNP用于疫苗和基因治疗的综述主要集中在核酸载荷如何引起生物学变化以及产生治疗效果，而对LNP的关注较少。相比之下，在这篇综述中，我们评估了脂质体和LNP的文献，重点关注构成LNP的各种基于脂质的构建模块，以解释每种脂质成分在大小、结构、稳定性、核酸包封效率、细胞摄取和内体逃逸方面对LNP递送平台的贡献。我们还提出了对可电离脂质的pKa性质的考虑，因为这一参数是有效转染的关键。最后，我们将讨论与免疫原性和LNP靶向肝脏以外组织的相关挑战和策略。如何解决这些基本挑战将可能决定基于LNP的基因疗法可以覆盖的疾病广度。为了做一个简要的综述，我们决定主要关注目前在临床中使用的四种特定的脂质类型(图1)。制备方法如何影响LNP的理化性质超出了我们目前的研究范围。请注意，脂质成分指的是两亲性成分，因此不仅仅指生物脂质。本综述的目的是帮助研究人员了解LNP递送平台的基本构建，并强调该技术的挑战和机遇。我们希望为研究人员提供必要的知识，以更好地设计下一代LNP。2. 临床获批的LNP的脂质成分目前FDA批准的所有LNP制剂均含有四种脂质(如图1所示): (1)可电离阳离子脂质，辅助脂质，包括(2)1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DSPC)和(3)胆固醇，以及(4)聚乙二醇(PEG)-脂质偶联物。这些成分有助于单分散纳米颗粒的形成，提高纳米颗粒的稳定性，实现高效的核酸包封，帮助细胞摄取核酸，并促进核酸载荷的胞内逃逸。现代核酸递送系统的组成来源于用于小分子治疗的传统脂质体系统。一个例子是脂质体-多柔比星，也被称为Doxil®，第一个FDA批准的纳米药物，它含有氢化大豆磷脂酰胆碱(主要是DSPC)、胆固醇和PEG -脂质，摩尔比为56:38:5。该配方是近20年优化的结果，目的是确保稳定的制备方法，以实现所需的颗粒性质：远程加载工艺的更高包封效率，与血清蛋白的不良相互作用较少，利用增强的渗透和保留(EPR)效应的更长循环寿命，更好的药物在靶点的蓄积，以及更少的剂量限制性毒性。将这些系统应用于核酸递送表明，核酸的大尺寸和高负电荷密度需要额外的脂质功能，包括典型脂质成分不提供的主动包封方法。不断改进的配方设计、生产工艺以及可电离脂质功效和耐受性产生了今天通常使用的LNP配方。该配方含有可电离脂质、磷脂、胆固醇和PEG -脂质(约50:10:38.5:1.5 mol%)，后文将讨论其作用。原文：C. H. Albertsena, J. A.Kulkarnib, D. Witzigmann, The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Advanced Drug Delivery Reviews, 2022, 188: 114416.来源：生物工艺与技术*本公众号出于传递更多信息为目的转载该文章，为尊重原作者，亦明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与本号联系，我们将立即进行删除处理。