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高通量体内筛选确定了通过给药途径
摘要：通过细胞内递送核苷修饰的mRNA向免疫细胞进行免疫调节是一种有吸引力的体内免疫工程学方法，并在传染病，癌症免疫疗法及其他地区应用。脂质纳米颗粒（LNP）已成为一个有前途的核酸输送平台，但LNP设计标准的定义较差，从而使LNP发现筛选过程的限制限制步骤。在这项研究中，我们采用了基于分子条形码的体内LNP筛查中的高通量，以研究LNP组成对免疫tropismism的影响，并在疫苗和全身免疫疗法中应用。在两个肌内（I.M.）和静脉内（i.v.）注射，我们观察到了两种给药途径的免疫种群对LNP吸收的不同影响，从而了解了对体内免疫工程的LNP设计标准的见解。在验证研究中，I.M.的铅LNP公式 给药显示出比使用临床标准脂质Dlin-MC3-DMA（MC3）配制的LNP的脾脏和排水淋巴结的大量mRNA翻译。 i.v.的铅LNP配方 给药显示出在脾脏和外围血液中的有效免疫转染，其中一个铅LNP显示出脾树突状细胞的大量转染，另一种诱导了循环单核细胞的大量转染。在验证研究中，I.M.的铅LNP公式给药显示出比使用临床标准脂质Dlin-MC3-DMA（MC3）配制的LNP的脾脏和排水淋巴结的大量mRNA翻译。i.v.的铅LNP配方给药显示出在脾脏和外围血液中的有效免疫转染，其中一个铅LNP显示出脾树突状细胞的大量转染，另一种诱导了循环单核细胞的大量转染。总的来说，通过体内高通量筛查确定的免疫型LNP对本地和全身传递的mRNA都表现出显着的希望，并证实了从我们的筛选过程中收集的LNP设计标准的价值，该筛选过程
一种用于隔离和表征脂质纳米颗粒的生物分子电晕
脂质纳米颗粒（LNP）制剂是一种可靠的基因疗法核酸递送的方法，这是通过全球范围内LNP（基于LNP的RNAi疗法和mRNA疫苗）的推出来体现的。但是，针对特定的组织或细胞仍然是一个主要挑战。LNP给药后，LNP与生物液相互作用（即血液），其成分吸附到LNP表面上，形成了一层被称为“生物分子电晕（BMC）”的生物溶质表面，从而影响LNP稳定性，生物分布和组织和组织曲折。由于ISOALICAGIC介质的ISONAP LNP及其Corona所面临的技术挑战，BMC影响组织和细胞 - 特异性靶向的机制仍然在很大程度上未知。在这项研究中，我们提出了一种新技术，该技术利用磁LNP将LNP – Corona络合物与人血清中存在的未结合蛋白分离。首先，我们开发了一种磁性LNP构造，其中包含> 40个超副磁铁氧化铁纳米颗粒（IONPS）/LNP，所得的含有氧化铁纳米颗粒（IOLNPS）的LNP显示出类似的粒度和形态，因为LNPS载有核酸。我们进一步证明了使用磁分离（MS）系统从未结合蛋白中分离出IOLNP及其相应的BMC。将MS系统中LNP的BMC分布与大小排除柱色谱法进行了比较，并通过质谱法进一步分析，揭示了蛋白质丰度的差异。这种新方法使LNP及其电晕的温和多功能隔离，同时保持其结构完整性。与完整LNP相关的BMC的鉴定提供了对LNP与生物流体相互作用的进一步见解。
脂质纳米粒子：一种用于临床应用的新型基因传递技术
脂质纳米粒 (LNP) 是一种新兴的药物制剂，可包覆核酸和蛋白质等生物分子，以及由两者制成的复合物 [ 1 – 3 ]。LNP 呈球形，在电子显微镜下可见。治疗性 LNP 的直径小于 100 纳米，由脂质和核酸等有效载荷组成。LNP 的最初想法源于脂质体，这是一种由磷脂和胆固醇制成的简单得多的脂质囊泡，体积比 LNP 大。脂质体是根据脂质双层理论基于细胞膜建模的。脂质体已用于研究水溶液中脂质的物理化学，并已研究其未来临床用途。为了制备脂质体，通常用旋转蒸发器干燥脂质，悬浮在水溶液中，然后用超声处理以获得呈乳状悬浮液的多层囊泡。现代的 LNP 更加复杂，主要由四种不同的脂质制成（表 1）。LNP 的制备程序可能与这些类似，但根据最近的研究结果进行了优化 [ 4 ]。在 LNP 制备过程中，脂质和 RNA 分别溶解在乙醇和酸性水溶液中。接下来，它们用工业用的自动化微流体设备或研究用的移液器混合。然后，通过透析去除乙醇。在大多数工业应用中，需要进行几种色谱纯化程序来提高最终 LNP 产品的真实性。根据 RNA 包封率、LNP 的直径、其 Zeta 电位和其他生物物理参数来检查最终的 LNP 成分。Zeta 电位表示 LNP 的稳定性。为了优化这些获得的参数，使用多分散性指数 (PDI) 来测量包括 LNP 在内的大分子的异质性；小于 0.1 的值通常被认为是优化条件。在配制 LNP 时，脂质的使用量远远超过 RNA（重量比约为 10:1）。
通过化学进化方法优化的一类新型 mRNA 脂质纳米粒子 (LNP)
2 优化合成核酸和蛋白质纳米载体：化学进化方法 ...................................................................................................... 16
EGFR 靶向可电离脂质纳米粒子增强体内 mRNA 向胎盘的递送
由于可电离脂质纳米粒子 (LNP) 在全身给药后主要在肝脏中积累，因此其作为体内核酸递送平台的全部潜力尚未实现，这限制了它们在以肝脏为中心的条件下的成功。用抗体靶向部分对 LNP 进行工程设计可以通过促进位点特异性 LNP 束缚并通过受体介导的内吞作用驱动 LNP 优先吸收到受体表达细胞类型中来实现肝外趋向性。源于胎盘功能障碍的产科疾病，例如先兆子痫，其特征是细胞受体过度表达，包括表皮生长因子受体 (EGFR)，这使得靶向 LNP 平台成为妊娠期间胎盘功能障碍的一种令人兴奋的潜在治疗策略。在此，通过对 LNP 进行工程设计，增加抗体功能化的密度，开发了一种 EGFR 抗体偶联的 LNP (aEGFR-LNP) 平台。在永生化胎盘滋养层细胞中体外筛选了 aEGFR- LNP，并在非妊娠和妊娠小鼠体内进行了筛选，并与非靶向配方进行了比较，以将抗体靶向的 mRNA LNP 递送至胎盘。与非靶向对应物相比，我们表现最佳的 LNP 具有中等密度的抗体功能化（1:5 aEGFR-LNP），可介导小鼠胎盘中 mRNA 递送量增加约两倍，EGFR 表达滋养层细胞中 LNP 摄取量增加约两倍。这些结果证明了抗体偶联 LNP 实现肝外向性的潜力，以及 aEGFR-LNP 促进 mRNA 递送至胎盘中 EGFR 表达细胞类型的能力。
利用双特异性抗体将 LNP 与细胞表面标志物结合，实现靶向 mRNA 递送
摘要 将 mRNA-LNP 有效递送至特定细胞类型仍然是 mRNA 疗法广泛应用过程中面临的主要挑战。传统的靶向方法包括修改脂质组成或对脂质纳米颗粒 (LNP) 的表面进行功能化，这会使制造变得复杂，改变纳米颗粒的大小、电荷和隐身性，影响其递送和免疫原性。在这里，我们提出了一种通用的靶向 mRNA-LNP 递送方法，该方法使用双特异性抗体 (BsAbs) 在 LNP 和细胞表面标志物之间建立桥梁。不是将靶向剂附着到纳米载体上，而是先施用 BsAbs，与靶细胞上的表面蛋白结合，然后将未修饰的 LNP 保留在受影响的组织中。我们证明了在体外和体内将 mRNA-LNP 有效且细胞类型特异性地递送至表皮生长因子受体 (EGFR) 和叶酸水解酶 1 (PSMA) 阳性细胞。该技术的灵活性是通过替换 BsAbs 的细胞靶向区域实现的，从而使得下一代靶向 mRNA 药物能够快速开发。
利用化学技术实现脂质的可扩展制造-...
脂质纳米颗粒的解剖结构 LNP 通常由四种关键成分组成：磷脂、可电离阳离子脂质、胆固醇和聚乙二醇连接 (PEG 化) 脂质（见方框）。与构成每个细胞膜的脂质一样，LNP 包裹并保护其货物。易降解的有效载荷（如 mRNA）受到保护，直到 LNP 能够将其内容物输送到细胞中。LNP 通常是球形的，平均直径在 10 到 1,000 纳米之间，包裹的材料可以包括核酸、蛋白质片段或其他生物有效载荷。人们付出了巨大努力来设计 LNP 组件以与核酸货物兼容。核酸带有多阴离子电荷，这使得它们排斥带负电荷的磷脂。可电离阳离子脂质的开发对于 mRNA-LNP 疫苗至关重要。这些脂质在酸性 pH 下带正电荷，在储存期间包围并包裹核酸。一旦 LNP 被注射并进入 pH 中性的血液，可电离脂质就会恢复中性，这有助于 LNP 逃避免疫检测。颗粒疏水性和正电荷都与免疫反应增强有关。6,7 LNP 通过内吞作用被吸收到细胞中，但它们被隔离在内体中，内体是注定要被破坏的细胞器。然后，可电离脂质在内体的酸性环境中恢复正电荷，最终破坏 LNP 结构并释放细胞内的核酸。8
脂质纳米颗粒以物理化学方式靶向肺部诱发凝血：机制与解决方案
脂质纳米颗粒 (LNP) 已成为行业中占主导地位的药物输送技术，有望输送 RNA 来上调或下调任何目标蛋白质。LNP 大多通过物理化学靶向技术靶向特定细胞类型或器官，其中 LNP 的脂质组成经过调整以找到具有所需趋向性的混合物。本文研究了肺趋向性 LNP，其器官趋向性源于含有阳离子或可电离脂质，从而赋予正的 zeta 电位。令人惊讶的是，这些 LNP 被发现会诱发大量血栓形成。这种血栓形成出现在肺部和其他器官中，并且研究表明，先前存在的炎症会大大加剧这种血栓形成。这种凝血是由各种含有阳离子脂质的制剂引起的，包括 LNP 和非 LNP 纳米颗粒，甚至是由不具有永久阳离子电荷的肺趋向性可电离脂质引起的。该机制依赖于 LNP 与纤维蛋白原结合并改变其构象，进而激活血小板和凝血酶。基于这些机制，设计了多种解决方案，使带正电荷的 LNP 能够靶向肺部，同时改善血栓形成。这些发现说明了必须尽早研究物理化学靶向方法的风险，并在仔细了解生物机制的情况下重新设计。
双特异性抗体靶向脂质纳米粒子 Angelo ...
摘要脂质纳米颗粒 (LNP) 是临床上最先进的非病毒基因传递系统。虽然在增强传递方面取得了进展，但细胞特异性靶向仍然是一个挑战。靶向部分（例如抗体）可以化学结合到 LNP 上，但是，这种方法很复杂，并且在扩大规模方面面临挑战。在这里，我们开发了一种生成抗体结合 LNP 的方法，该方法利用双特异性抗体 (bsAb) 作为靶向桥。作为 bsAb 的对接位点，我们生成了具有短表位的 LNP，该表位源自血凝素抗原 (HA)，嵌入颗粒的 PEG 成分 (LNP HA )。我们生成了 bsAb，其中一个域结合 HA，另一个域结合不同的细胞表面蛋白，包括 PD-L1、CD4、CD5 和 SunTag。bsAb 和 LNP 的非化学结合大大提高了表达同源靶标的细胞的转染效率和特异性。 LNP/bsAb 介导体内转染 PD-L1 表达癌细胞的几率增加 4 倍，体外转染静止原代人 T 细胞的几率增加 26 倍。此外，我们还创建了一种通用 bsAb，可识别 HA 和抗大鼠 IgG2，使 LNP 能够与现成的抗体（如 CD4、CD8、CD20、CD45 和 CD3）结合。通过利用分子对接和 bsAb 技术，这些研究展示了一种简单有效的策略来生成抗体偶联的 LNP，从而实现精确高效的 mRNA 递送。
RNA-LNP 递送和蛋白质表达的动力学
采用可电离脂质的脂质纳米颗粒 (LNP) 是将 RNA（尤其是 mRNA）递送至细胞的最先进技术。LNP 代表具有明确定义的核心 - 壳颗粒，可有效封装核酸、降低免疫原性和增强功效。虽然人们对 LNP 的结构和活性了解甚多，但对 LNP 摄取、细胞质转移和蛋白质表达的时间关注较少。然而，LNP 动力学是决定递送效率的关键因素。因此，定量了解 LNP 的多级联途径对于阐明递送机制至关重要。在这里，我们回顾了实验以及 LNP 摄取、mRNA 释放和蛋白质表达时间的理论建模。我们将 LNP 递送描述为一系列随机转移过程，并回顾了随后从 mRNA 进行蛋白质翻译的数学模型。我们汇编了从时间分辨显微镜获得的概率和数字。具体而言，单细胞阵列活细胞成像 (LISCA) 可以高通量采集数千个单独的 GFP 报告基因表达时间过程。这些轨迹可以得出 mRNA 寿命、表达率和表达开始时间的分布。相关性分析揭示了基因表达效率和转染开始时间的反向依赖关系。最后，我们讨论了为什么在多个核酸物种的共传递背景下，mRNA 释放的时间至关重要，例如在 mRNA 共表达或 CRISPR/Cas 基因编辑的情况下。