脂质纳米颗粒(LNP)是mRNA药物常用的载体。目前,BioNTech/辉瑞和 Moderna的mRNA疫苗都采用LNP作为运输载体,这是这些疫苗成功的关键要素之一。
由于mRNA较大(104–106Da)且带负电,因此无法通过细胞膜的阴离子脂质双层。此外,在体内,它会被先天免疫系统的细胞吞噬,并被核酸酶降解。因此,体内应用需要使用mRNA递送载体,该载体转染免疫细胞而不会引起毒性或不必要的免疫原性。
目前,递送mRNA的手段包括物理方法、病毒载体方法和非病毒载体方法:
物理方法:电穿孔和基因枪是物理手段递送mRNA的经典方法,但是临床实验证明物理方法通常对细胞有害,不适合在体内应用;病毒载体方法:虽然慢病毒、腺相关病毒与仙台病毒等载体可以进行核酸递送,但由于存在安全性、稳定性以及有效性等诸多方面的问题,病毒载体方法应用也受到一定限制;非病毒载体方法:非病毒载体主要包括脂质体、树状大分子、无机纳米粒子、阳离子细胞穿膜肽等。
其中脂质纳米颗粒(Lipid nano particles,LNPs)是当下最先进和主流的mRNA递送系统。LNPs通常由可电离的阳离子脂质、聚乙二醇(PEG)、胆固醇和磷脂四种成分组成,其中可电离的阳离子脂质具有较高的专利壁垒。除了保护mRNA外,LNPs还可以促进细胞摄取、提高内体逃逸,保护mRNA分子不被Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)识别,避免先天免疫系统的过度激活的作用。截至2021年6月,所有正在研制或批准临床使用的新冠mRNA疫苗均采用LNPs进行递送。
在近几年的临床研究中,LNPs虽在自扩增的mRNA疫苗和常规的非复制性mRNA的应用中展现出了较大的潜力,但其传递的mRNA-LNP复合物主要靶向肝脏,逃逸机制目前尚不明确。后续LNPs的持续发展或将集中在可电离脂质和配方上,但是在传递过程仍需要克服一些问题,比如脂质制剂的毒性、缺乏靶向性、体内不稳定等。其中,针对缺乏靶向性的问题,近期有科学家开发出了一种称为ASSET(锚定二级靶向单链抗体)的新平台,通过T细胞特异性单克隆抗体与LNP相连,以靶向T细胞。这让mRNA-LNPs实现了选择性T细胞靶向。
另外,LNPs递送技术还具有路径依赖,这既是突破专利的切入点,也可能是限制未来mRNA递送新技术成熟的阻碍点,是mRNA整个生产工艺中的挑战,同时也是在未来需要进行技术优化的方向之一。
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