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大健康研究院实现脾脏mRNA的“双高”递送!

日期:2024/7/2来源:

脾脏作为最大的次级淋巴器官,在协调适应性免疫反应中起着关键作用,这也促使其成为mRNA递送的重要靶器官,许多研究者不断寻求可以实现有效递送mRNA到脾脏的递送载体。脂质纳米颗粒(LNP)是目前临床上最先进的mRNA递送载体,但仍面临脾脏转染效率低的问题。分析mRNA在脾脏中的转染效率涉及到两个关键因素:脾脏转染强度(IST, Intensity of Splenic Transfection)和脾脏转染比例(PST,Proportion of Splenic Transfection)。首先,IST确保了来自mRNA的蛋白质表达水平的精确量化——这是临床转化的基本前提。其次,PST突显了递送的脏器特异性,最小化了对非脾脏器官的影响,减少了潜在的安全性问题。尽管脾脏有效递送mRNA具有重要意义,但在不使用靶向抗体或肽等配体的情况下实现LNP高效脾脏递送仍然存在挑战。有研究者通过改变组成配方或开发高效的类脂质材料得以实现。然而,已报道的方法通常存在一定的局限性,它们主要聚焦在转染效率的单一方面——要么增强IST,要么提高PST。对同时实现高IST和高PST仍缺乏有效的手段,从而显著限制了LNP在针对脾脏相关疾病的潜在应用。

合肥综合性国家科学中心大健康研究院资深研究员王育才教授团队通过多组分反应(Van Leusen-3CR)制备合成了792个包含芳香基咪唑结构的可电离阳离子脂质(IMIL),并通过薄层色谱法对792个IMIL逐一纯化,并通过液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)对792个IMIL的结构和纯度逐一表征,最终得到包含多种不同类型头部、尾部和连接子的792个IMIL分子,并以792种IMIL为基元,构建多维可电离阳离子脂质库(图1)。


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图1. 792个IMIL组成多维可电离阳离子脂质库

 

传统的体外筛选方法在准确预测mRNA体内递送性能方面受限,无法充分反映体内的复杂生理条件。为了克服这一挑战,研究者将792个IMIL制备的LNP直接进行体内高通量筛选,并结合高效的多维正交批量筛选策略,实现了减少动物使用的同时高效筛选最佳IMILs的目的。经过高通量体内筛选,成功筛选出IST和PST双高的可电离阳离子脂质A3B7C2,并基于庞大的体内活性实验,对IMIL分子构效关系与体内活性进行深度分析,为后续可电离阳离子脂质的理性设计提供参考(图2)。


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图2. IMIL库的体内高通量筛选思路

 

相比之下,相同剂量的基于A3B7C2的LNPs的IST相较于SORT、SM102和MC3分别增加了18.3倍、2.8倍和12.9倍。在PST方面,基于A3B7C2的LNPs表现优于SORT、SM102和MC3,将PST从对应的90.0%、11.3%和3.4%提升至98.0%!这些综合证据突显了该四组分LNPs在无需阴离子脂质的情况下实现脾脏中mRNA转染的高效性(图3)。


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图3. 基于A3B7C2的LNPs与SORT、SM102和MC3的脾脏转染情况对比

 

与此同时,采用转基因鼠Ai9进一步探究了基于A3B7C2的LNPs在脾脏内转染的细胞群,与其他组相比,A3B7C2组的tdTomato信号主要集中在红髓区域,该区域是DCs的主要驻留地,因此对tdTomato信号与DCs的共定位情况进行评估,研究者发现与A1B7C2、SORT、MC3和SM102相比,A3B7C2表现出更高的红色荧光细胞与DCs的共定位程度,表明基于A3B7C2的LNPs在DCs中的转染效率更高。本研究中观察到的DCs高效编辑突显了基于A3B7C2 的LNPs在体内DC编程方面的巨大潜力,为推进精准免疫治疗干预提供了高效载体(图4)。


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图4. 基于A3B7C2的LNPs与SORT、SM102和MC3的脾脏细胞群转染对比


研究成果以“Multicomponent Synthesis of Imidazole-Based Ionizable Lipids for Highly Efficient and Spleen-Selective Messenger RNA Delivery”为题在线发表在JACS上。


原文链接:https://doi.org/10.1021/jacs.4c00451


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