mRNA-LNP處方疫苗的分子組成結(jié)構(gòu)解析

瀏覽次數(shù)：3204　發(fā)布日期：2021-7-23　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

mRNA-LNP無(wú)疑是近兩年最火熱的研究熱點(diǎn)，隨著新冠疫情的不斷肆虐，幾款采用了mRNA-LNP的新冠疫苗陸續(xù)上市，使人們對(duì)這一具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)愈發(fā)重視。那么對(duì)于一個(gè)制備良好的mRNA-LNP，其內(nèi)部分子組成結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？今天小編就通過(guò)相關(guān)研究帶大家一起探索其組成結(jié)構(gòu)。

首先，目前普遍采用的mRNA-LNP處方多是通過(guò)由陽(yáng)離子磷脂、DSPC（二硬脂酰磷脂酰膽堿）、膽固醇、DMPE-PEG2000（磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000）構(gòu)建的LNP來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)mRNA分子的包載。幾種磷脂分子發(fā)揮各自的功效將mRNA分子包裹在內(nèi)部形成一個(gè)球形的脂質(zhì)納米粒，而且通過(guò)處方的調(diào)整，也可以實(shí)現(xiàn)粒徑大小不同的LNP制備，詳見(jiàn)圖1電鏡圖。

圖1. LNP的冷凍透射電鏡圖，a、b、c分別為粒徑大小在48nm、64nm、100nm左右的LNP

隨后采用小角中子散射技術(shù)來(lái)進(jìn)一步研究LNP上的磷脂分子分布情況，利用氘化的DSPC和膽固醇進(jìn)行LNP的制備，并分別在不同比例下的D₂O/H₂O緩沖液中檢測(cè)其散射信號(hào)。結(jié)果如圖2A，散射信號(hào)只在緩沖液中D₂O較低時(shí)檢測(cè)到，即在q ∼ 1 nm⁻¹處有一明顯的峰。而DSPC的散射長(zhǎng)度密度（SLD）和其他磷脂材料有最大的區(qū)別，這些散射曲線都與之前報(bào)道過(guò)的核-殼結(jié)構(gòu)體系的小角散射的結(jié)果相似，而且圖中的數(shù)據(jù)擬合與一核兩層殼的結(jié)構(gòu)最為吻合。圖2B中的散射長(zhǎng)度密度數(shù)據(jù)則可代表LNP外殼到中心的距離，圖2C則是根據(jù)散射結(jié)果分析后得到的LNP結(jié)構(gòu)的模型示意圖。在此模型中，我們認(rèn)為L(zhǎng)NP的核由陽(yáng)離子磷脂、膽固醇、mRNA和水組成，在此核的外部是一層2.4 nm厚的由DSPC，少部分的陽(yáng)離子磷脂、膽固醇以及PEG磷脂中的DMPE端組成的單層殼。再向外則是一層約4 nm厚的PEG磷脂殼。

圖2. (A)不同D₂O含量下的LNP小角中子散射結(jié)果，從上至下分別為18%、27%、50%、68%、100%的D₂O。(B) SLD曲線作為L(zhǎng)NP中心距離的函數(shù)，與A中數(shù)據(jù)的擬合相對(duì)應(yīng)。(C) 根據(jù)SLD數(shù)據(jù)描繪的LNP中脂質(zhì)分布示意圖

同時(shí)，根據(jù)LNP主要成分的SLD數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1，可以詳細(xì)驗(yàn)證LNP系統(tǒng)的組成。溶劑的SLD由H₂O/D₂O的比例給出，PEG層的SLD隨著它延伸到溶劑中而變化。在LNP中，內(nèi)核的SLD是恒定的，但隨著D₂O含量的變化而變化。mRNA的SLD也隨著D₂O體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，因?yàn)樗锌梢越粨Q為氘的不穩(wěn)定氫。利用擬合的內(nèi)核SLD值作為D₂O含量的函數(shù)，以及LNP組分已知的SLD值(表1)與建立的脂質(zhì):mRNA摩爾比，根據(jù)以下公式可以計(jì)算LNP中的水含量。其中V是各成分的體積分?jǐn)?shù)。

V_DLin-MC3-DMA · SLD_DLin-MC3-DMA + V_Chol · SLD_Chol+ V_H2O · SLD_H2O +V_RNA · SLD_RNA=SLDcore

脂質(zhì)單層的SLD不依賴于溶劑而保持恒定，這證實(shí)了如預(yù)期的那樣，該層中沒(méi)有溶劑存在。由陽(yáng)離子磷脂（DLin-MC3-DMA）、DSPC、膽固醇、PEG磷脂中的DMPE段包裹在核心外。

目前這一mRNA-LNP的結(jié)構(gòu)也是目前比較公認(rèn)的一種結(jié)構(gòu)，但是通過(guò)相關(guān)研究可以進(jìn)一步為我們提供強(qiáng)有力的科研依據(jù)。幾種脂質(zhì)成分不是均勻的隨意分布在LNP上的，其結(jié)構(gòu)信息也會(huì)給研究者們提供更多的靈感，以幫助他們?cè)O(shè)計(jì)研發(fā)更加合理有效的mRNA-LNP出來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

1. Zackrisson M, et al. (2005) Small-angle neutron scattering on a core-shell colloidal system: A contrast-variation study. Langmuir 21:10835–10845

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