麻省理工學院Nano Lett.：優化可降解聚合物-脂質納米粒子用于mRNA有效系統遞送到肺內皮細胞和肺免疫細胞

【引言】

體外轉錄mRNA合成的研究進展引發了研究者們對通過mRNA遞送來實現多種疾病治療的研究興趣。從在體內可控產生特定蛋白質的角度來說，mRNA能夠瞬時表達，而且還能消除基因組插入的風險，與DNA相比具有顯著的優勢。而治療性mRNA遞送仍然需要繞過諸多障礙，比如RNase介導的降解、進入細胞以及內體逃逸等。目前已經開發出多種載體能夠將核酸遞送到靶細胞中，其中無毒納米粒子是一種重要的mRNA遞送載體，已經在免疫療法、蛋白質替代和基因編輯等方面得到應用，但是主要的研究工作還相對單一地集中在對于肝臟部位的遞送。因此，要實現臨床上廣泛的RNA治療，就需要開發能夠有效且特異性地遞送mRNA到非肝臟器官的遞送載體。

【成果簡介】

近日，美國麻省理工學院Daniel G. Anderson教授利用可降解的聚（β-氨基酯）與聚（乙二醇）-脂質綴合物配制成納米粒子，并通過實驗設計證實這種可降解聚合物-脂質納米粒子能夠在聚合物的合成和納米粒子配制方面進行優化，從而實現mRNA遞送效率多個數量級的增加。此外，研究還表明mRNA可以被遞送到肺內皮細胞和肺免疫細胞中，進一步擴展了這些納米粒子的潛在效用。該成果以題為"Optimization of a Degradable Polymer-Lipid Nanoparticle for Potent Systemic Delivery of mRNA to the Lung Endothelium and Immune Cells"發表在Nano Letters上。

【圖文導讀】

圖1 用于體內mRNA遞送單體和配方示意圖

(a) 基于先前報道的用于PABE三元共聚物合成篩選的單體；

(b) 描述用于體內mRNA遞送的配方篩選中的配方部分的示意圖。

圖2 部分因子篩選有效的聚合物

(a) 在Hela細胞中進行體外遞送時，用于優化PBAE合成參數的部分因子篩選優化揭示了幾種更加有效的聚合物；

(b) A1聚合物的結構特征。

圖3 編碼熒光素酶的mRNA在小鼠中靜脈內遞送及24小時各器官發光評估

(a) 通過明確的篩選揭示了一個比基礎配方更加有效的配方；

(b) 部分因子篩選在肺部具有更多有效的配方，而在脾中幾種制劑顯示出高熒光素酶信號；

(c) 通過優化制劑中PEG-脂質的摩爾百分比可以實現肺部的高特異性；

(d) 優化的PBAE聚合物/制劑（A1-L3）在多種mRNA劑量下比jetPEI更有效。

圖4?使用Ai14 Cre / lox報告小鼠轉染的肺細胞類型的分析

(a) 細胞類型的百分比為TdTomato +（條形圖，左軸），表明使用A1-L3納米顆粒成功轉染Cre mRNA；

(b) 在Ai14小鼠中通過A1-L3納米顆粒遞送Cre mRNA后表達tdTomato的免疫細胞（CD45 +）亞型的鑒定。

【小結】

本文中利用一系列實驗來實現在聚合物合成以及納米粒子配制方面對可降解聚合物納米粒子的優化，并成功開發出一種在體外和體內實驗中高出兩個數量級的聚合物配方。這些實驗方法設計在聚合物納米粒子上的使用進一步證明了聚合物納米粒子用于優化體內mRNA遞送載體的巨大潛力。此外，本文所涉及的實驗設計思路也可以應用到針對其他器官mRNA遞送的納米粒子優化中。

文獻鏈接：Optimization of a Degradable Polymer-Lipid Nanoparticle for Potent Systemic Delivery of mRNA to the Lung Endothelium and Immune Cells??(Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02917)

本文由材料人生物學術組biotech供稿，材料牛審核整理。

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