近两年，脂质纳米颗粒 (LNP) 作为一种非病毒载体被广泛应用在商业化的mRNA疫苗与基因治疗药物中。然而，由于LNP自身的性质，其会优先在肝脏积累，这成为了使用LNP将核酸递送至肝脏以外器官的最大挑战之一。
2024年9月5日，Tufts University的Qiaobing Xu团队在期刊Advanced Materials上发表了题为“Tuning Lipid Nanoparticles for RNA Delivery to Extrahepatic Organs”的综述文章。文章中详细介绍了LNP的肝脏外器官靶向的机制。
LNP的肝脏外器官靶向机制
LNP在体内的动向非常复杂。一旦LNP被引入体循环，血清蛋白和其他生物分子就会吸附到它们的表面，从而降低它们的表面张力。聚集在LNP表面的生物分子被称为生物分子冠，生物分子冠决定了LNP的器官选择性靶向。
最近的机理研究表明，LNP的表面特性会改变生物分子冠的组成和LNP的嗜性，尤其是LNP的表面电荷会决定生物分子冠的组成。例如，SORT-LNPs的pKa会改变生物分子冠的组成。
当SORT LNP的pKa<6时，β2-糖蛋白Ⅰ的生物分子冠有利于脾脏靶向；
当pKa介于6-7时，ApoE的吸附有利于肝脏靶向；
当pKa>9.25，玻连蛋白的生物分子冠有利于肺部靶向。
脂质的化学结构也可以改变生物分子冠的组成。最近的一项研究报告称，用酰胺Linker取代可电离阳离子脂质中的含酯Linker可以将LNP嗜性从肝脏转移至肺部。尽管两种LNP上生物分子冠最丰富的成分都是白蛋白，但第二和第三丰富的成分可能会从ApoE和补体C1（如具有含酯Linker的O-LNP所示）变为纤维蛋白原β和γ链（如具有酰胺Linker的N-LNP所示。
此外有报告称，改变SORT脂质分子的化学结构可以略微改变生物分子冠上蛋白的种类和数量，从而介导LNP的器官靶向能力。这项工作的结果表明，脂质烷基尾基和头部基团使得LNP更容易递送至肺部。
生物分子冠影响
LNP肝脏外靶向的机制
有科学家认为，LNP生物分子冠上最丰富的蛋白成分会最终决定这个LNP的嗜性，但也有研究结果展现出与这一结论相悖的情况。这种现象意味着是部分生物分子冠成分还是整个蛋白质冠成分决定了LNP的趋向性仍然是未知的。因此，生物分子冠的相关研究还有待进一步深入。
第一，生物分子冠上的蛋白质是驱动器官选择性靶向的唯一成分吗？
由于生物分子冠的大部分成分是蛋白质，因此也被称为“蛋白质冠”。大多数研究侧重于揭示靶向能力与蛋白质的关系，然而，其他生物分子，如脂质和电解质也存在于生物分子冠中，它们是否影响了LNP的靶向能力呢？
第二，有没有方法可以分析体内形成的生物分子冠的组成？
常用方法是将LNP与血清或血浆在体外孵育并分析吸附的蛋白质。不幸的是，蛋白质冠的软层在分离过程中会被破坏，一般情况下只有硬层能够被分析，因此需要原位分析方法以充分了解生物分子冠形成的动态过程与其组成。
第三，生物分子冠的构象是否决定了器官选择性靶向？
虽然目前尚不清楚，但有研究称，LNP表面蛋白质的构象变化会介导LNP与免疫细胞之间的相互作用。
第四，是否能够将LNP与血清蛋白共孵育来在体外制备蛋白质冠包被的复合物？
这些复合物可以通过适当的蛋白质冠修饰以靶向特定器官。然而，精确构建这些蛋白质冠将是一个巨大的挑战，尽管现在的研究已经知道了一些蛋白质可以靶向特定器官，但很少有研究试图证明靶向效应是来自单个蛋白质还是多种蛋白质的协同作用。
图1：生物分子冠影响LNP的肝脏外器官靶向
文章的总结提到，与mRNA-LNP局部给药相关的挑战推动了脂质的优化以及脂质的化学结构和LNP配方的改良。作为未来研究的重点，需要一种稳定、快速的LNP制备方法，以提高LNP优化流程的效率。
Cytiva的NanoAssemblr Ignite可在1-20ml的体积范围内进行LNP的制备，可以帮助研究人员快速、稳定的进行mRNA-LNP的优化，以进行LNP的肝脏外器官靶向的探究。此外，Cytiva向T细胞与HSC进行高效递送的脂质混合物试剂盒也能帮助加速相关研究的进展。
图2：NanoAssemblr Ignite
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参考文献：
文中实验数据图片均来自参考文献: Song D, Zhao Y, Wang Z, Xu Q. Tuning Lipid Nanoparticles for RNA Delivery to Extrahepatic Organs. Adv Mater. 2024 Sep 5:e2401445. doi: 10.1002/adma.202401445.
