浅谈LNPs的过去与将来

文摘   科学   2023-09-08 15:02   上海  

脂质纳米粒(LNPs)是一种基于脂质的给药系统,它可以包封各种药物,特别是核酸,并将其传递给靶细胞或组织。LNPs具有悠久的研发历史,它在医学和生物技术领域有着广阔的应用前景。

起 因

利用脂质形成纳米颗粒的这一概念可以追溯到20世纪70年代,当时研究人员发现,脂质可以在水中自组装成小泡或脂质体。脂质体最初被用作研究生物过程的模型膜,但由于其生物相容性和多功能性,很快引起了相关人员将其作为潜在药物载体的兴趣。然而,脂质体面临着稳定性不高、包封率低、清除速度快、靶向性差等问题。
为了克服这些限制,研究人员探索了可替代的脂质结构,如固体脂质纳米粒(SLNs)和纳米结构脂质载体(NLCs),它们具有更高的稳定性、承载能力和对药物的保护作用。这些颗粒统称为脂质纳米粒子(LNPs)。它由一层表面活性剂包围的脂质核心组成。这些纳米粒子可以通过多种方法制备,如均质法(阀式、微射流)、微流控、溶剂置换等方法(这里需要注意均质法中微射流不要与微流控相混淆)。

发 展

LNPs应用的突破出现在20世纪90年代,当时的研究人员发现某些可电离的脂质可以与核酸(如DNA或RNA)形成复合物,并通过“内吞作用”将其递送到细胞中。这为使用LNPs作为非病毒载体的基因治疗和疫苗接种开辟了新的可能性。研究者发现相比于病毒载体,LNPs有以下几个优点,如较低的免疫原性、更高的安全性、更容易生产以及更高的可扩展性。除此以外,LNPs还能够克服核酸传递的一些主要障碍,如核酸酶降解、细胞摄取低、内体逃逸等。
FDA批准的第一种基于LNPs的药物是Onpattro,时间是在2018年,这是一种siRNA药物,针对的是一种罕见的致命性疾病,称为遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性(hATTR)。LNPs包裹siRNA,保护siRNA不被降解,并将其输送到肝细胞,在肝细胞中抑制基因表达,减少异常蛋白质的产生。

高 潮

目前,最广为人知的LNPs药物是Moderna和Pfizer开发的新冠肺炎mRNA疫苗,该疫苗于2020年末获得紧急授权投入抗击新冠肺炎的使用中。这些疫苗使用LNPs来覆盖编码冠状病毒刺突蛋白的mRNA链。LNPs保护mRNA免受降解,增强免疫细胞对mRNA的摄取,从而引导其产生刺突蛋白并引起免疫应答。
这些以LNPs脂质纳米粒为基础的药物的成功证明了LNPs在递送各种药物方面的巨大潜力,如小分子、蛋白质、肽、核酸等等,目前LNPs还被探索用于其他应用,如诊断学、生物传感器、成像剂、食品添加剂和化妆品等。

升 华

随着研究人员不断改进LNPs的设计、合成、表征和评价,LNPs的前景是光明而令人兴奋的。同时,LNPs挑战和机遇也是存在的:

  • 优化LNP物理化学性质,如大小、形状、电荷、组成和形态,以提高其稳定性、功能性和性能。

  • 开发LNP制备的新方法,如微流控、纳米沉淀或电喷雾,以实现高产量、高质量和高度的可重复性。

  • 探索新型脂质和表面活性剂,如阳离子、阴离子、两性离子或刺激响应型,以增加LNP的多样性、通用性和功能性。

  • 用官能团或聚合物修饰LNP的表面性质,如配体、抗体、肽或聚乙二醇(PEG),以提高其稳定性、循环时间、靶向性、隐身性等。

  • 研究LNPs与血浆蛋白、细胞膜、内体、溶酶体、细胞核或细胞器等生物系统的相互作用,以了解它们的生物分布、生物降解、生物相容性和毒性。

  • 使用标准化的方法和标准,在临床前和临床研究中评估基于LNP的药物的有效性和安全性。

LNPs是用于药物的传递和超越最有希望的纳米技术平台之一。它们在2019新型冠状病毒疫苗中的表现已经对医学和公共卫生产生了重大影响。它们有望在未来为人类的健康和福祉做出更多贡献,为各种疾病和障碍提供尖端疗法。

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