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脂质纳米颗粒在CRISPR技术中的应用
群集，定期间隔短的短篇小说重复（CRISPR）基因组编辑是最受欢迎的基因编辑技术之一，其简单，便利性和效率。如今，CRISPR-CAS9技术已用于农业，医学，生物学和许多其他领域，用于筛选靶基因，创建模态动物和基因治疗。 但是，在CRISPR-CAS9的临床应用之前，仍然存在障碍，运输需要安全有效的交付系统。 研究表明，使用脂质纳米颗粒（LNP）作为载体，基于脂质纳米颗粒的递送是一种很好的运输方法。 lnp是一种vesica样球，由装饰有信号蛋白及其货物的脂质壳组成。 LNP提高了CRISPR-CAS9系统的稳定性和免疫原性，并具有易于生产和高可修改性的优点，使其成为未来具有很高潜力的理想载体。 本综述介绍了LNP的四个基本组成部分：可局部的阳离子脂质，聚乙烯甘油（PEG）脂质，Zwitterionic磷脂和胆固醇。 This review focuses on the applications of LNP, including lipid-encapsulated gold nanoparticles, biocompatible monosized lipid-coated stellate mesoporous silica nanoparticles (LC-MSNs), biodegradable lipid and messenger RNA Nanoparticles, Mulberry leaf lipid nanoparticles, phenylboronic acid-derived lipid nanoparticles,脂质聚合物杂化纳米颗粒与超声介导的微生物破坏，阳离子脂质辅助的PEG-B-PLGA纳米颗粒，多价N-乙酰乳糖胺 - 脂肪胺 - 脂肪纳米颗粒等如今，CRISPR-CAS9技术已用于农业，医学，生物学和许多其他领域，用于筛选靶基因，创建模态动物和基因治疗。但是，在CRISPR-CAS9的临床应用之前，仍然存在障碍，运输需要安全有效的交付系统。研究表明，使用脂质纳米颗粒（LNP）作为载体，基于脂质纳米颗粒的递送是一种很好的运输方法。lnp是一种vesica样球，由装饰有信号蛋白及其货物的脂质壳组成。LNP提高了CRISPR-CAS9系统的稳定性和免疫原性，并具有易于生产和高可修改性的优点，使其成为未来具有很高潜力的理想载体。本综述介绍了LNP的四个基本组成部分：可局部的阳离子脂质，聚乙烯甘油（PEG）脂质，Zwitterionic磷脂和胆固醇。This review focuses on the applications of LNP, including lipid-encapsulated gold nanoparticles, biocompatible monosized lipid-coated stellate mesoporous silica nanoparticles (LC-MSNs), biodegradable lipid and messenger RNA Nanoparticles, Mulberry leaf lipid nanoparticles, phenylboronic acid-derived lipid nanoparticles,脂质聚合物杂化纳米颗粒与超声介导的微生物破坏，阳离子脂质辅助的PEG-B-PLGA纳米颗粒，多价N-乙酰乳糖胺 - 脂肪胺 - 脂肪纳米颗粒等需要在LNP和CRISPR系统中进行进一步的研究，以优化临床应用的输送特性。关键字：CRISPR，脂质纳米颗粒，载体，基因编辑。
2024; 14(1): 1-16. doi: 10.7150/thno.89913 研究论文 含胆汁酸的脂质纳米粒子增强肝外 mRNA 递送
脂质纳米颗粒 (LNP) 已成为一种可行的、经过临床验证的 mRNA 治疗剂递送平台。LNP 已被用作 mRNA 递送系统，用于疫苗、基因治疗和癌症免疫治疗等应用。然而，LNP 通常由可电离脂质、胆固醇、辅助脂质和脂质锚定聚乙二醇组成，通常会转运到肝脏，从而限制了该平台的治疗潜力。已经提出了几种方法来解决这种向性，例如合成后表面改性或添加合成阳离子脂质。方法：在这里，我们提出了一种实现 mRNA 肝外递送的策略，包括在 LNP 合成过程中加入胆汁酸（一种天然存在的胆固醇类似物）。我们通过以不同比例用胆汁酸（胆酸、鹅去氧胆酸、脱氧胆酸或石胆酸）取代胆固醇，合成了一系列含胆汁酸的 C14-4 LNP。结果：含胆汁酸的 LNP（BA-LNP）能够减少体外向肝细胞的输送，并改善向多种其他细胞类型（包括 T 细胞、B 细胞和上皮细胞）的输送。我们随后对腹膜内或静脉注射的选定 LNP 候选物进行了体内筛选，确定了一种具有高度脾脏嗜性的 BA-LNP：CA-100，这是一种含有胆酸且不含胆固醇的四组分 LNP。这些筛选还确定了有望用于其他 mRNA 治疗应用（例如用于胃肠道或免疫细胞输送）的 BA-LNP 候选物。我们进一步发现，在使用不同的可电离脂质 C12-200 的 LNP 配方中用胆酸替代胆固醇也会将 mRNA 输送从肝脏转移到脾脏，这表明这种胆酸替代策略可能具有推广价值。结论：这些结果证明了四组分 BA-LNP 制剂 CA-100 用于肝外 mRNA 递送的潜力，可用于一系列治疗和疫苗应用。
一种改善 siRNA 和 mRNA 系统输送的纳米引物
摘要：尽管人们对基因疗法有着极大的兴趣，但核酸的系统递送仍然面临巨大的挑战。要成功施用核酸，一种方法是将它们封装在脂质纳米颗粒 (LNP) 中。然而，静脉内施用的 LNP 大量积聚在肝脏中，并被网状内皮系统 (RES) 吸收。在这里，我们在 LNP 之前施用一种旨在暂时占据肝细胞的脂质体，即纳米引物。这项研究表明，用纳米引物预处理小鼠会降低 RES 对 LNP 的吸收。通过在肝细胞中快速积累，纳米引物提高了包裹人促红细胞生成素 (hEPO) mRNA 或因子 VII (FVII) siRNA 的 LNP 的生物利用度，分别导致更多的 hEPO 产生（增加 32%）或 FVII 沉默（增加 49%）。纳米引物的使用为改善 RNA 疗法的系统输送提供了一种新策略。关键词：mRNA、siRNA、脂质纳米颗粒、纳米载体、核酸疗法、纳米引物、Kup 细胞
合成脂质纳米粒子-RNA复合物并验证其生物学功能。
总之，我们能够成功转录修饰的 eGFP mRNA、Cas9 mRNA 和 sgLuc 和 sgEGFR 并将它们封装在 LNP 中。我们通过加入假尿苷并利用 CleanCap 技术引入 5' 帽来修饰 RNA，因为它不仅可以增强 RNA 的稳定性，还可以提高翻译率并最大限度地降低在细胞内转染时的毒性。我们取得的另一个有希望的结果是关于 LNP 大小、Zeta 电位和 PDI，这似乎适合在体内实验中使用。以前的研究中还没有发现利用 LNP 作为载体（除 SARS-CoV-2 mRNA 疫苗外）的基因治疗方法。更具体地说，利用安全批准的可电离 Moderna SM-102 脂质和辉瑞 ALC-0315 脂质（我们在研究中用于生成 LNP）的体内基因治疗方法至今仍不得而知。因此，我们希望将来能开发出结合这些可电离脂质的新型基因疗法。此外，目前还没有关于将 Prime editor 包装在 LNP 中的研究。我们相信可以包装 prime editor mRNA，因为我们已经证明其他小 mRNA 也可以包装在 LNP 中。其他研究通过展示 DNA 和 RNP 的封装进一步支持了这一点。再说一遍，很难找到成功将 Piezo1 mRNA 包装在 LNP 中的研究。这可能是因为长 mRNA 的体外转录很难进行，因为 RNA 的二级结构会出现，因为进行载体线性化不是一件容易的事。因此，我们无法成功转录 Piezo1 mRNA，目前正在排除故障。然而，我们相信，一旦我们成功转录 Piezo1 mRNA，这将为治疗开辟许多可能性，例如治疗脂肪肝或肝脏组织再生，后者将有助于器官捐赠后的恢复过程。
利用 CRISPR 基因编辑突破界限
LNP 在货物类型和大小方面的灵活性、有限的不良反应以及与病毒载体相比更容易扩大规模，这些因素促使 LNP 作为运载工具的使用增加。可电离脂质是 LNP 的关键成分，其质量对于稳定高效的产品至关重要。即使是丰度极低的 N-氧化物杂质，由于难以完全阐明结构，也会导致遗传货物的功能丧失。此外，其他脂质衍生的杂质也会影响最终产品的质量，因此必须进行表征。
催化纳米医学革命
距离 Alec Bangham 发表关于封闭磷脂结构（后来称为脂质体）的开创性论文 1 已经过去了近 60 年。同时，距离在佛罗里达州盖恩斯维尔举办的首届脂质体研究日也已过去了 22 年。在此期间，该领域蓬勃发展，已有 10 多种脂质体和脂质纳米颗粒产品获得 FDA、EMA 和其他全球批准，用于治疗各种疾病。两种最成功的小分子药物脂质体制剂是 Doxil ® 和 Ambisome ®，Doxil ® 的销售额超过 10 亿美元/年，成为轰动一时的产品，而 Ambisome ® 的销售额在 5 亿美元左右。最近，核酸药物的脂质纳米颗粒 (LNP) 制剂开始崭露头角，首先是 2018 年 FDA 批准了第一种 siRNA 药物 Onpattro ®。最近，COVID-19 LNP mRNA 疫苗 SpikeVax ® 和 Comirnaty ® 的巨大成功让全世界认识到了脂质体/LNP 技术的重要性。脂质体/LNP 递送系统剂量达数十亿，销售额达数百亿美元，在遏制 COVID 大流行中发挥着关键作用，取得了巨大成就。我们祝贺所有通过数十年的基础和应用研究为这一非凡记录做出贡献的人。
探索脂质纳米颗粒与粘液在健康和囊性纤维化条件下相互作用的机制
粘液是人类肺部的第一道防线，因此会阻碍治疗药物有效递送至下层上皮。对于无法轻易突破粘膜屏障的基因载体（例如基于 CRISPR 的基因编辑工具）而言，情况尤其如此。尽管脂质纳米颗粒 (LNP) 已成为一种多功能非病毒基因递送系统，可以帮助克服递送难题，但仍存在许多知识空白，尤其是对于囊性纤维化 (CF) 等疾病状态。本研究通过利用实验方法和布朗动力学 (BD) 模拟评估基因载体、粘蛋白唾液酸化、粘蛋白浓度、离子强度、pH 值和聚乙二醇 (PEG) 浓度和性质对 LNP 扩散率的影响，为健康和疾病状态下 Cas9 mRNA 或核糖核蛋白负载的 LNP-粘液相互作用提供了基本见解。综上所述，本研究确定了关键的粘液和 LNP 特征，这些特征对于实现合理的 LNP 设计以进行粘膜输送至关重要。
使用腺嘌呤碱基编辑器精确纠正致病的 PiZ
图 6 在 5 周龄和 37 周龄给药的受试者中，与用 BE4 mRNA 和靶向 PCSK9 的 gRNA 配制的对照 LNP 相比，用变体 12 编辑器 mRNA 和 sgRNA025 配制的校正 LNP 进行了比较。3 (A) 代表性苦味酸红染色的肝切片显示治疗期间有轻度纤维化（样本采自用对照 LNP 治疗的 37 周龄受试者，并在治疗后 1 周收集）。(B) 总肝提取物中的碱基编辑效率。结果表明，与 5 周龄受试者相比，37 周龄受试者的碱基编辑相当，并且由于校正肝细胞的增殖优势，碱基编辑效率随着时间的推移略有提高。(C) 通过免疫测定法 (Meso Scale Discovery) 测量血清人 AAT。(B) 与年龄匹配的对照组相比，血清样本的人中性粒细胞弹性蛋白酶抑制能力。
Lumi-LAB：一个基础模型驱动的自主平台，可以发现新的电离脂质设计用于mRNA的脂质设计
分子发现的复杂性需要有效地播放庞大而未知的化学空间的自主系统。虽然将人工智能（AI）与16个机器人自动化相结合已加速发现，但其应用程序仍在稀有历史数据的领域17中受到限制。一个这样的挑战是脂质纳米颗粒（LNP）的设计，用于18个mRNA传递，它依赖于专家驱动的设计，并受到有限数据集的阻碍。19在这里，我们介绍了一种自动驾驶实验室（SDL）系统Lumi-LAB，该系统通过将分子基础模型与自动化的21个主动学习实验工作流相结合，从而可以使用最小的湿LAB数据进行有效的学习20。通过十个迭代循环，Lumi-LAB合成22，并评估了1,700多种LNP，与临床认可的基准相比，人支气管细胞中具有优质mRNA转染的可离子脂质23人支气管细胞的效力。出乎意料的是，24个自主透露的溴化脂质尾巴是一种新型功能，从而增强了mRNA递送。25体内验证进一步证实，含有表现最佳的26个脂质Lumi-6的LNP在鼠模型中的肺上皮细胞中的基因编辑功效达到20.3％，27个在我们的知识中，在鼠类模型中27次超过了吸入的LNP介导的CRISPR-Cas9递送28的LNP LNP介导的CRISPR-CAS9递送的效率最高。这些发现证明了Lumi-LAB是一个强大的，数据效率的29平台，用于推进mRNA传递，强调了AI驱动的自主30系统在材料科学和治疗发现中加速创新的潜力。31
肽官能化的脂质纳米颗粒，用于靶向的全身mRNA向大脑递送
摘要：大核酸（例如mRNA）向大脑的全身递送，部分原因是由于血脑屏障（BBB）和输送车辆在肝脏中积聚的趋势。在这里，我们设计了一个肽官能化的脂质纳米颗粒（LNP）平台，用于靶向mRNA向大脑的递送。我们利用点击化学来用肽在脑内皮细胞和神经元中靶向过表达的肽，即RVG29，T7，AP2和MAPOE肽。我们评估了LNP靶向在体外对脑内皮和神经元细胞转染的影响，研究了血清蛋白吸附，细胞内运输，内皮胞质症和外体分泌等因素。最后，我们表明LNP肽功能化增强了小鼠脑中的mRNA转染并减少全身给药后的肝输送。具体而言，RVG29 LNP改善了体内神经元转染，确立了其作为将mRNA传递给大脑的非病毒平台的潜力。关键字：脂质纳米颗粒，mRNA，肽，脑输送，血脑屏障，神经元