麻省理工学院Nano Lett.：优化可降解聚合物-脂质纳米粒子用于mRNA有效系统递送到肺内皮细胞和肺免疫细胞

【引言】

体外转录mRNA合成的研究进展引发了研究者们对通过mRNA递送来实现多种疾病治疗的研究兴趣。从在体内可控产生特定蛋白质的角度来说，mRNA能够瞬时表达，而且还能消除基因组插入的风险，与DNA相比具有显著的优势。而治疗性mRNA递送仍然需要绕过诸多障碍，比如RNase介导的降解、进入细胞以及内体逃逸等。目前已经开发出多种载体能够将核酸递送到靶细胞中，其中无毒纳米粒子是一种重要的mRNA递送载体，已经在免疫疗法、蛋白质替代和基因编辑等方面得到应用，但是主要的研究工作还相对单一地集中在对于肝脏部位的递送。因此，要实现临床上广泛的RNA治疗，就需要开发能够有效且特异性地递送mRNA到非肝脏器官的递送载体。

【成果简介】

近日，美国麻省理工学院Daniel G. Anderson教授利用可降解的聚（β-氨基酯）与聚（乙二醇）-脂质缀合物配制成纳米粒子，并通过实验设计证实这种可降解聚合物-脂质纳米粒子能够在聚合物的合成和纳米粒子配制方面进行优化，从而实现mRNA递送效率多个数量级的增加。此外，研究还表明mRNA可以被递送到肺内皮细胞和肺免疫细胞中，进一步扩展了这些纳米粒子的潜在效用。该成果以题为"Optimization of a Degradable Polymer-Lipid Nanoparticle for Potent Systemic Delivery of mRNA to the Lung Endothelium and Immune Cells"发表在Nano Letters上。

【图文导读】

图1用于体内mRNA递送单体和配方示意图

(a) 基于先前报道的用于PABE三元共聚物合成筛选的单体；

(b) 描述用于体内mRNA递送的配方筛选中的配方部分的示意图。

图2 部分因子筛选有效的聚合物

(a) 在Hela细胞中进行体外递送时，用于优化PBAE合成参数的部分因子筛选优化揭示了几种更加有效的聚合物；

(b) A1聚合物的结构特征。

图3 编码荧光素酶的mRNA在小鼠中静脉内递送及24小时各器官发光评估

(a) 通过明确的筛选揭示了一个比基础配方更加有效的配方；

(b) 部分因子筛选在肺部具有更多有效的配方，而在脾中几种制剂显示出高荧光素酶信号；

(c) 通过优化制剂中PEG-脂质的摩尔百分比可以实现肺部的高特异性；

(d) 优化的PBAE聚合物/制剂（A1-L3）在多种mRNA剂量下比jetPEI更有效。

图4使用Ai14 Cre / lox报告小鼠转染的肺细胞类型的分析

(a) 细胞类型的百分比为TdTomato +（条形图，左轴），表明使用A1-L3纳米颗粒成功转染Cre mRNA；

(b) 在Ai14小鼠中通过A1-L3纳米颗粒递送Cre mRNA后表达tdTomato的免疫细胞（CD45 +）亚型的鉴定。

【小结】

本文中利用一系列实验来实现在聚合物合成以及纳米粒子配制方面对可降解聚合物纳米粒子的优化，并成功开发出一种在体外和体内实验中高出两个数量级的聚合物配方。这些实验方法设计在聚合物纳米粒子上的使用进一步证明了聚合物纳米粒子用于优化体内mRNA递送载体的巨大潜力。此外，本文所涉及的实验设计思路也可以应用到针对其他器官mRNA递送的纳米粒子优化中。

文献链接：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)

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