中美团队联合开发吸入式核酸递送载体，解决脂质纳米粒稳定性难题，将用于开发新型药物或疫苗

“这不仅是对于现有治疗手段的重要补充，更为特发性肺纤维化患者带来了更大的治愈希望，也为吸入核酸递送难题提供了极具前景的解决方案，有望扩大 mRNA 治疗的应用范围。”

对于自己团队和上海交通大学章雪晴教授团队的合成成果，美国新泽西理工学院许晓阳教授表示。

图 | 许晓阳（来源：许晓阳）

研究中，他们针对肺部递送及其面临的挑战，设计并优化了脂质纳米粒。

随后，在特发性肺纤维化小鼠体内模型加以验证，借此证明优化之后的脂质纳米粒的效果，确实优于静脉注射法和吸入递送蛋白法。

详细来说，他们描述了一种能够改进含有 mRNA 的脂质纳米粒组成的方法，从而能够提高脂质纳米粒向肺部递送 mRNA 治疗的适用性。

通过使用可以表达荧光素酶的脂质纳米粒，他们证明针对缓冲液、脂质组成和赋形剂进行修饰，均有助于提高脂质纳米粒在肺部的整体表达效率。

此外，他们还展示了使用本次系统向小鼠递送靶向 IL-11 的单链可变片段的能力，并观察到在博来霉素治疗的小鼠模型中，本次系统在改善肺功能的同时，还能减少整体胶原的积累。

（来源：Nature Communications）

同时，研究中该团队还展示了可雾化 mRNA 脂质纳米粒在治疗特发性肺纤维化中的应用。

据许晓阳介绍，当前以核酸药物为代表的基因治疗药物，正在引领继小分子药物和蛋白类药物之后的第三次医药革命。

作为核酸药物的重要代表药物，RNA 药物已经在临床治疗上展现出巨大优势，但其应用仍然受限于核酸传递的人体生物学障碍。

通过本次两支课题组的通力合作，他们解决了脂质纳米粒在雾化过程中的稳定性问题，借此开发出一种能够耐受雾化剪切破坏的高效型吸入式核酸递送载体。

这款载体不仅能够有效保护核酸分子免受降解，还能在雾化之后保持稳定的粒径分布和高包封率，进而能在肺部实现高效的蛋白表达。

在此基础之上，他们进一步评估这款载体在特发性肺纤维化中的效果，从而为特发性肺纤维化患者提供了一种更有效、更安全的治疗选择。

同时，针对吸入式核酸疗法的开发，本次成果也为其提供了一款核酸递送平台和通用型解决方案。

即通过吸入给药的方法，能够允许药物快速地富集到呼吸道和肺部，并能减少肺外器官的不良反应。

进而有望为哮喘、肺癌、慢阻肺、囊性纤维化、呼吸道传染病、以及特发性肺纤维化的预防和治疗带来革命性改变。

开发高效型吸入式核酸递送载体

据了解，特发性肺纤维化——是一种致死率高、中位生存期短、且治疗手段极其有限的疾病。

多年来，许晓阳团队长期深耕于创新治疗策略的研发。此前他和课题组曾揭示：作为特发性肺纤维化的潜在治疗靶点，IL-11 具有巨大的应用价值。

同时，他们还通过实验验证了将吸入治疗作为给药途径来治疗该类疾病的可行性。

这一发现为治疗特发性肺纤维化提供了新思路，也促使他们探索更高效、更安全的核酸递送系统，以期加速临床转化的进程。

然而，在推动这一疗法向前迈进的过程中，他们面临着这样一个挑战：即把传统脂质纳米粒作为核酸递送载体时，它在雾化过程中的稳定性较差。

具体表现为：粒径增大、多分散性指数增加、雾化后包封率急剧下降。

这些问题严重制约了将脂质纳米粒作为吸入式治疗剂的临床应用潜力。为此，他和章雪晴团队联合开展了本次研究。

（来源：Nature Communications）

“突然受到启发”

研究伊始，他们先是评估了通过递送 IL-11 单链可变片段，来治疗特发性肺纤维化的潜在可行性。

具体来说：他们使用此前已被验证的聚合物-脂质杂化纳米粒作为递送载体，让其负载编码 IL-11 单链可变片段 mRNA。

并在振动网筛雾化器的帮助之下，将载体递送至纤维化小鼠肺部，然后研究载体在小鼠体内的抗纤维化治疗有效性，借此验证了单链抗体策略的可行性。

考虑到在生理条件之下，聚合物-脂质杂化纳米粒中的阳离子脂质难以降解，于是他们进一步提高了吸入式核酸递送系统的安全性。

（来源：Nature Communications）

另据悉，对于脂质纳米粒来说，它是目前临床上进展最快的核酸递送载体，有多个产品已经上市或接近上市，其安全性也已得到验证。

但是，他们发现在雾化过程中，脂质纳米粒的粒径、包封率、多分散性指数均会出现明显变化，这严重影响了递送效率。

尽管他们尝试调整脂质纳米粒中的不同脂质比例，但是在雾化之后脂质纳米粒的性质依旧不稳定，而且所介导的肺部蛋白存在表达效率较低的问题。

于是，他们尝试改变脂质纳米粒的透析体系。借此发现：当把脂质纳米粒在 pH 为 6 的 HEPEs 缓冲液中透析之后，脂质纳米粒的雾化稳定性确实能够有所改善，不过蛋白表达效率依旧有待提升。

“后来，我们也是突然受到脂质纳米粒冷冻保护剂和蛋白制剂稳定剂的启发，于是开始研究乙醇、丙二醇和泊洛沙姆 188 在提升脂质纳米粒气溶胶稳定性中的作用。”许晓阳表示。

他继续说道：“这里要特别感谢柏欣博士提出了混合保护剂这个想法。令人惊喜的是，赋形剂的引入的确有效增强了肺部荧光素酶蛋白的表达。”

后来，通过开展不同浓度的赋形剂的掺杂实验，他们找到了比较合适的赋形剂类型和赋形剂浓度，从而显著改善了脂质纳米粒在雾化之后的粒径、包封率和多分散性指数变化。

确定透析体系和雾化体系之后，他们又研究了各种脂质化学组成比例，对于肺部荧光素酶表达效率的影响，进而探究了脂质化学组成与肺部蛋白表达的构效关系。

借此获得了一种新型脂质纳米粒，其对于雾化剪切破坏有着很好的耐受能力。然后，他们利用这种脂质纳米粒，来负载已被验证的 IL-11 单链可变片段 mRNA。

随后，课题组将制备得到的脂质纳米粒，通过雾化吸入的方式，递送至纤维化小鼠肺部。

然后，评估其在小鼠体内的抗纤维化治疗效果，借此证明了本次疗法的显著效果。

同时，为了验证本次体系的通用性，他们还以市售 ALC0315 作为可电离脂质，证明了本次体系在改善脂质纳米粒雾化稳定性上的效果。

日前，相关论文以《通过 mRNA 介导的抗体治疗增强特发性肺纤维化治疗的优化吸入脂质纳米粒制剂》（Optimized inhaled LNP formulation for enhanced treatment of idiopathic pulmonary fibrosis via mRNA-mediated antibody therapy）为题发在 Nature Communications[1]。

上海交通大学柏欣博士是第一作者，上海交通大学章雪晴教授和美国新泽西理工学院许晓阳教授担任共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Nature Communications）

后续，他们将进一步拓展吸入式核酸递送系统的应用范围和深度。

在疾病模型应用上，他们将研究吸入式核酸递送系统负载对应 RNA 分子在治疗哮喘、肺癌、急性肺炎等领域的可能性。

在核酸分子类型上，他们将研究递送系统递送 siRNA、CRISPR/sgRNA 等核酸分子的潜能。

同时，他们也会将治疗范围扩展到蛋白替代疗法、基因编辑、抗体疗法等多个应用场景。

并将积极寻求与医疗机构以及制药企业的合作，以便从临床需求角度出发，推动吸入式核酸递送系统的临床转化和应用。

另外，许晓阳团队目前正在与章雪晴团队合作开展关于吸入式核酸药物或疫苗的开发。“相信未来我们会有更多的研究成果和大家见面。”许晓阳表示。

参考资料：

1.Bai, X., Chen, Q., Li, F.et al. Optimized inhaled LNP formulation for enhanced treatment of idiopathic pulmonary fibrosis via mRNA-mediated antibody therapy. Nat Commun 15, 6844 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51056-8

运营/排版：何晨龙

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