脂质纳米粒:一种新型的药物制剂

文摘   科学   2023-11-27 08:00   上海  
世界上使用最广泛的新冠肺炎疫苗中的两种当中含有小脂肪球,这些就是脂质纳米粒。脂质纳米粒(LNPs)是由脂质组成的纳米粒子,是一种能溶于脂肪的有机分子。

它是一种新型的药物给药系统,能够安全、有效地将核酸(如DNA或RNA)传递到靶细胞。核酸是遗传信息的基石,可用于基因编辑、疫苗研制、免疫肿瘤学和罕见疾病治疗等多种治疗应用。LNPs可以克服核酸传递的一些主要挑战,如稳定性低、渗透性差、毒性高和免疫应答。

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LNPs的特性

LNPs通常是球形的,平均直径在10到1000nm之间。它们由能溶解亲脂性分子的脂质核和稳定粒子并保护核酸有效载荷的表面活性剂层组成。脂质核心可以是固体的,也可以是液体的,这取决于所使用的脂质的类型和组成。表面活性剂层可由各种生物膜脂质组成,如磷脂、胆固醇、胆盐或甾醇。选择性地,LNPs也可以有靶向分子,如抗体或多肽,附着在它们的表面,以增强它们的特异性和某些细胞的摄取。

图一 脂质纳米粒各成分及其作用示意图

下表总结了LNP与其他纳米给药系统相比的一些优点和缺点:

优点缺点
核酸包封率高,转染能力强复杂的配方工艺和优化
改善对组织和细胞的渗透某些脂类或表面活性剂的潜在毒性和免疫原性
病毒载体相比,具有较低的细胞毒性和免疫原性有限的稳定性和保质期
多功能,可定制不同的核酸类型和应用可能干扰内源性脂质代谢

表一 脂质纳米粒与其他递送系统对比的优缺点

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LNPs递送核酸的例子

LNP已被广泛用于递送不同类型的核酸,例如:

siRNA:能够抑制特定基因表达的小干扰RNA。例如,Onpattro是FDA批准的第一个使用LNP治疗罕见遗传性疾病——遗传性转甲状腺素蛋白(hATTR)淀粉样变性引起的周围神经病变(多发性神经病,polyneuropathy)的siRNA药物。

mRNA:能编码蛋白质或抗原的信使RNA。例如,Moderna和Pfizer-BioNTech COVID-19疫苗使用LNP递送mRNA。它指示细胞产生冠状病毒的刺突蛋白并引发免疫反应。
DNA:能携带遗传信息或指令的脱氧核糖核酸。例如,LNP已被用于递送用于基因治疗的DNA质粒或用于各种疾病的DNA疫苗。

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LNP的其他应用

除了递送核酸之外,LNP脂质纳米粒也被用于其他应用,例如:

1.药物递送:LNP可以增强难溶性药物的溶解性、稳定性、生物利用度和靶向性,如抗癌药物、抗生素、消炎药物和维生素等。它还可以防止药物降解并减少其副作用。


2.疫苗和基因递送:LNP可以递送抗原或遗传物质以激发身体对各种传染病或癌症的免疫反应。LNP也可以提供基因编辑工具,如CRISPR-Cas9,以修改靶细胞的基因组以达到治疗目的。

3.生物传感器:LNP可用作生物传感器中的信号放大器或传感器,用于检测生物分子,如DNA、蛋白质或激素等,也可以提高生物传感器的灵敏度、选择性和稳定性。

4.医疗诊断:LNP可用作各种成像技术的造影剂或探针,如磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)、超声波或荧光成像,可以增强组织或器官的可视化,并提供有关其功能或病理的信息。

5.食品:LNP可用作食品添加剂或营养素、香料、色素或抗氧化剂的载体,可以提高食品的质量、安全性和保质期。

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LNP给药的一些挑战

1.制剂工艺和优化:LNP需要复杂和精确的工艺,以获得所需的大小、形状、电荷、稳定性、包封率和释放动力学,还需要与不同的核酸类型和应用兼容。


2.毒性和免疫原性:脂质纳米颗粒会在宿主细胞或器官中引发炎症反应、免疫反应或不利影响,这取决于所使用的脂质或表面活性剂的类型和组成,也会干扰内源性脂质代谢或清除机制。


3.靶向性和穿透性:LNP需要克服各种生物屏障,如血-脑屏障、粘膜屏障或肿瘤微环境,才能到达靶细胞或组织,还需要避免被网状内皮系统或其他非靶细胞摄取。

4.转化和放大:LNP需要在工业水平上制造,具有高质量、安全性和可重复性。LNP还需要满足不同治疗适应症的监管要求和临床标准。

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改善LNP药物递送的策略

1.修饰脂质或表面活性剂组成:LNP可以设计成不同类型和比例的脂质或表面活性剂,以优化其理化性质,如尺寸、电荷、稳定性、包封率和释放动力学。也可以用生物相容性或可生物降解的脂质或表面活性剂进行修饰,以降低其毒性或免疫原性。


2.附着靶向分子:LNP可以与配体功能化,如抗体、肽、适配体或碳水化合物,这些配体可以与靶细胞或组织表面的特定受体或抗原结合。这可以增强LNPs的特异性、摄取和细胞内递送。

3.使用外部刺激:LNP可以响应各种外部刺激,如光、温度、pH值、磁场或超声波,可以触发核酸有效载荷在所需部位的释放,这可以提高LNP的时空控制和疗效。

4.进行系统的制剂前研究:在进入临床试验之前,可以对LNP的理化特性、生物相互作用、药代动力学特征和安全性问题进行评估。这有助于确定最佳配方参数、预测潜在挑战并优化放大过程。

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