脂質體納米顆粒實現疫苗以外的應用所面臨的挑戰(zhàn)

一圖看懂本文：

圖1.是mRNA-LNP主要適應癥之一
 

Barbara Mui自1990年在Pieter Cullis課題組讀博至今，一直在研究LNP及其前身Liposome。
 

Mui目前是Acuitas的高級科學家，該公司開發(fā)了BioNTech-Pfizer聯合開發(fā)的mRNA疫苗中所用的LNP脂質體。Mui說：“早期，LNP用于封裝藥物，但隨著研究的深入，LNP作為核苷酸的遞送載體，效果更好。當然，首個取得非常好效果的LNP藥物，是用于封裝siRNA的。”
 

但事實證明，mRNA是載荷。LNP由帶正電荷的脂質體納米顆粒組成，這些顆粒封裝帶負電荷的mRNA。一旦進入體內，LNP通過內吞作用進入細胞，在完成內涵體逃逸后，釋放到細胞質中。“如果沒有專門設計的化學物質，LNP和mRNA將在內涵體中被降解，”卡內基梅隆大學，化學工程和生物醫(yī)學工程系教授Kathryn Whitehead說。
 

LNP是mRNA的理想遞送系統(tǒng)。“病毒加速了人們對LNP的接受和認知，人們對它們更感興趣了，”Mui說。下一個可能是針對病毒或瘧疾等其他傳染病等非傳染性疾病的LNP-mRNA疫苗。而且LNP的遞送潛力并不止于mRNA，還有更大的空間來調整LNP來運輸不同類型的載荷。但為了實現這些潛在的好處，研究人員首先需要克服挑戰(zhàn)并降低毒性，提高他們從內涵體中逃逸的能力，增加他們的熱穩(wěn)定性，并研究如何有效地將LNP靶向全身治療。
 

挑戰(zhàn)1、超越mRNA

眾所周知，LNP是遞送mRNA疫苗的載體之一，目前也是被人研究。然后除了mRNA，LNP還可以在其他領域發(fā)揮作用。
 

基因編輯

“該領域目前最令人興奮的方向是基因編輯，”EnterX Bio的科學家Yulia Eygeris說，EnterX Bio是一家由Eygeris的博士后主管Gaurav Sahay于2021年創(chuàng)立的公司，旨在將LNP研究商業(yè)化。EnterX Biosciences - Delivering the Future of Genetic Medicines
 

LNP可以攜帶Cas9 mRNA等基因編輯機制或引導RNA進入細胞。這為LNPs提供了用作基因治療遞送系統(tǒng)的能力。目前，臨床試驗中有一種基于LNP的CRISPR-Cas9候選雜合子家族性高膽固醇血癥患者，其靶向肝臟中的PCSK9基因。其他基因治療的可能性可能包括操縱囊性纖維化患者的CFTR基因，或用于罕見的遺傳疾病。
 

免疫療法

LNP的另一個潛在應用是免疫療法。對淋巴細胞（如T細胞或NK細胞）進行基因修飾，并且經過證明，對血最是有用的。通常，該過程涉及從接受的人的血液中提取淋巴細胞，編輯培養(yǎng)中的細胞以表達CAR，然后將其重新引入血液中。然而，LNP可以通過將CAR mRNA遞送到靶淋巴細胞上，在體內表達所需的CAR。Mui參與了一項體內研究，表明在這一過程，LNP-mRNA在小鼠T細胞中發(fā)揮了作用（Rurik，J.G.et al，Science 375，91-96，2022）。ProMab Biotechnologies研發(fā)副總裁Vita Golubovskaya在CAR-TCR峰會上展示了關于將CAR-mRNA引導到NK細胞然后可以殺死靶細胞的LNP的初步數據。“RNA-LNP是一種非常令人興奮和新穎的技術，可用于遞送針對的CAR和雙特異性抗體，”她說。
 

siRNA

LNP還可以攜帶小的干擾RNA（siRNA），例如在patisiran中，這是FDA批準的最新種siRNA藥物，它使用LNPs遞送siRNA來對抗稱為甲狀腺素轉運蛋白的錯誤折疊。通過抑制轉甲狀腺素蛋白的產生來淀粉樣變性。
 

 LNP仍然需要進行大量的研究，以在其所有不同的角色中充當載體。主要挑戰(zhàn)之一是基因和其他常規(guī)相比疫苗，需要更高的劑量或更多的。在這些較高劑量下，LNPs會導致細胞毒性反應，因此降低LNPs的毒性是研究中的重中之重。

有不同的方法可以使LNP的毒性降低。一種是通過研究脂質體如何影響毒性。
 

“如果脂質體完全可降解，就有解決方案，”特拉維夫大學納米醫(yī)學實驗室主任Dan Peer說。在遞送完API之后，徘徊在細胞中的脂質體比那些降解掉的脂質體更有可能免疫反應。Peer一直在開發(fā)一系列新的脂質體，并授權給他的公司NeoVac，這些脂質體顯示出更高的生物降解性和更低的免疫原性，以及其他特征。“我們相信，含有較少的免疫原性的脂質體將更適合于性LNP藥物的開發(fā)。并且有助于LNP更有效地遞送載荷”。目前阻礙遞送效率的障礙之一是：當LNP被細胞吸收后，沒有完全釋放到細胞質前，它們往往會被困在內涵體中。“改善的內體逃逸對于未來幾代LNP來說，將是一件大事，因為目前的LNP估計只有不到5%，能完成內涵體逃逸，” Whitehead說。更多的逃逸將允許使用較低劑量的LNP，從而減少可能的細胞毒性副作用。
 

擴大LNP用途的另一個關鍵挑戰(zhàn)是找到可以使它們到達身體不同部位的方法。LNPs天然靶向到肝臟，但對于靶向基因等應用，有必要將它們引導到其他，如肺，腎或大腦。“有一種內在的需要，即繞過每個特有的障礙，”Eygeris說。這意味著需要防止LNP在肝臟的積聚的同時，也要將LNP引導到特定位置。例如，他們需要穿過血腦屏障才能在大腦中發(fā)揮作用。
 

究竟如何更好地將LNP引導到其所需的靶點，并不是一個簡單的問題。“不同的人正在嘗試不同的方式，沒有人有明確的答案，”Mui說。一些小組正在研究LNP中的脂質體如何影響對不同病毒的靶向，而另一些研究小組正在探索，將靶向配體添加到LNP表面以幫助它們與特定細胞結合的作用。
 

Eygeris說，尋找新的LNP是一個非�；钴S的研究領域。“這就是每個人現在都在做的事情，”她說。“如果你有一些東西或方法能夠繞過肝臟進入任何其他，如肺或脾臟，那么這就會增加你的潛力。

與此同時，Peer還專注于提高納米顆粒的熱穩(wěn)定性。交付的LNP-mRNA COVID-19疫苗的一個障礙是：需要將其儲存在非常低的溫度下；而熱穩(wěn)定好的LNPs有可能保持在室溫下。Peer的小組仍在測試他們開發(fā)的熱穩(wěn)定脂質體，他希望他們能夠將mRNA疫苗提供給更多國家，特別是在南半球。“熱穩(wěn)定配方對于改變mRNA疫苗和治療方法的格局至關重要，不管你有沒有冰柜，你都可以獲得LNP-mRNA疫苗”Peer說。
 

Peer對大流行之后，基于LNP治療持樂觀態(tài)度，盡管他指出還有很多工作要做。“但是，在病毒期間，我們學到了很多東西，現在是時候進入下一個級別了。”他說。