Nature Chemistry：浙江大学顾臻团队开发基于液-液相分离的新型药物递送平台

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在细胞内，重要的生化过程发生在由磷脂层包裹的囊泡腔内或囊泡膜上。这些囊泡形成的隔室有助于在独立的液体腔中进行专门的活动，促进物质运输、维持生命的代谢以及物质储存。

将功能性蛋白质整合到这些膜中，能够使囊泡能够识别并融合到特定的膜上以释放货物。然而，脂质膜施加的限制，包括渗透性差和物理屏障，给生物制剂的封装和功能化带来了挑战。这些局限性阻碍了它们在疾病治疗和货物运输方面的有效应用。

与脂质囊泡和膜封闭囊泡不同，生物分子可通过液-液相分离（LLPS）形成无膜的液滴状隔室，这种无膜的隔室，被定义为凝聚体（coacervate），在生命起源中发挥了至关重要的作用。

2025年1月13日，浙江大学药学院顾臻、李洪军、中国医科大学附属第一医院刘福囝等人在 Nature 子刊Nature Chemistry上发表了题为：Coacervate vesicles assembled by liquid–liquid phase separation improve delivery of biopharmaceuticals 的研究论文。

该研究开发了一种由胆固醇修饰的 DNA 和组蛋白通过液-液相分离（LLPS）形成的凝聚体囊泡，这种 凝聚体囊泡表面没有膜结构，而是由高密度液体层和充满水的空腔组成，可作为包括病毒颗粒、mRNA、细胞因子和多肽在内的各种生物制剂的多功能递送载体，研究团队进一步证明了这种凝聚体囊泡能够改善溶瘤病毒的递送并在体内引发强大的抗肿瘤免疫反应。

之前的研究已经观察到了细胞内由液-液相分离（LLPS）形成的无膜细胞器。由于其易于跨膜传递、高效招募治疗药物以及保持有效载荷的生物活性，这些无膜隔室具有作为递送平台的巨大潜力。然而，体外液 - 液相分离（LLPS）组装体的动态结构特性往往由于聚结和解体而无法满足长期储存和给药的要求。

两亲分子的界面自组装以及辅助表面活性剂的内源性重构被用于稳定凝聚体并调整其界面张力。值得注意的是，这些膜化隔室引发了人们对物理边界限制扩散以及通过界面相互作用进行复杂重构过程的担忧。

受囊泡隔室的启发，研究团队开发一种基于核酸-蛋白质复合体的液-液相分离囊泡组装体（LLPS vesicular assembly），其在胆固醇修饰的单链 DNA（Chol-ssDNA）和组蛋白的特定组成下发生自组装。

重要的是，该研究进一步证明了这种凝聚体囊泡是由一层高密度液体层包裹且稳定的。凝聚体囊泡能够在温和条件下安全、有效地隔离包括病毒颗粒、mRNA、细胞因子、多肽在内的生物制药并保持其生物活性，还能在体外和体内提高其输送效率。

与容易出现聚集问题的液滴状凝聚体相比，凝聚体囊泡具有更出色的动力学稳定性，使其成为生物制药的多功能递送载体。

具体而言，这种凝聚体囊泡递送载体能够通过不依赖受体而依赖能量的巨胞饮（macropinocytosis）作用，使溶瘤病毒（腺病毒 11 型）进入肿瘤细胞的效率提高 48 倍。

在荷瘤小鼠模型中，研究团队证明了凝聚体囊泡能够纳入溶瘤病毒，赋予其更强大的溶瘤功效，促进溶瘤病毒的驻留和抗肿瘤免疫反应，从而抑制肿瘤生长并增强生物治疗的效果。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-024-01705-8