脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)在核酸遞送領(lǐng)域取得了革命性進(jìn)展,廣泛應(yīng)用于基因治療、蛋白替代療法和免疫治療等多種疾病的治療中。其在新冠疫情期間用于遞送SARS-CoV-2疫苗的臨床應(yīng)用尤為突出。
然而,傳統(tǒng)LNPs主要由離子化脂質(zhì)、磷脂、膽固醇和聚乙二醇脂質(zhì)四種成分組成,難以實(shí)現(xiàn)肝臟以外的靶向遞送,因?yàn)樗鼈儠?huì)與血液中的載脂蛋白E(ApoE)結(jié)合,進(jìn)而通過(guò)低密度脂蛋白受體(LDLR)介導(dǎo)的內(nèi)吞作用在肝臟積累。遞送方式和配方設(shè)計(jì)對(duì)LNPs的靶向性至關(guān)重要。例如,通過(guò)腹腔注射可將納米顆粒重定向至胰腺;在傳統(tǒng)LNP配方中加入第五種成分(如陽(yáng)離子或陰離子脂質(zhì))可實(shí)現(xiàn)肺和脾臟的特異性mRNA表達(dá);添加含有Toll樣受體(TLR)7/8激動(dòng)劑的佐劑脂質(zhì)也可在淋巴結(jié)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)染。這些研究表明,通過(guò)配方設(shè)計(jì)有望克服傳統(tǒng)四組分LNPs的局限性,實(shí)現(xiàn)對(duì)其他難以到達(dá)組織的靶向。
針對(duì)上述問(wèn)題,內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校Chandrabali Bhattacharya教授開(kāi)發(fā)了一種名為內(nèi)源靶向脂質(zhì)納米顆粒(ENDO)的新平臺(tái),通過(guò)在LNP配方中加入內(nèi)源性配體(如維生素)作為第五組分,調(diào)節(jié)其器官趨向性并增強(qiáng)靶向遞送能力。研究篩選了100種不同配方的LNPs,這些配方包含多種內(nèi)源性維生素、不同的離子化脂質(zhì)和獨(dú)特的配方比例,以評(píng)估其組織特異性遞送潛力。結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種含有膽鈣化醇作為第五組分的配方(C-CholF2和C-CholF3)可通過(guò)靜脈注射實(shí)現(xiàn)對(duì)胰腺的高選擇性mRNA遞送,其中C-CholF3在胰腺的蛋白表達(dá)效率更高,具有超過(guò)99%的選擇性和長(zhǎng)達(dá)3天的持續(xù)表達(dá)能力。研究推測(cè)其胰腺趨向性可能與維生素D受體(VDR)介導(dǎo)的內(nèi)源靶向機(jī)制有關(guān)。此外,C-CholF3還可用于遞送其他核酸載荷,包括質(zhì)粒DNA和環(huán)狀mRNA,且具有較低的毒性、更好的安全性和耐受性。在A(yíng)i14小鼠模型中,C-CholF3 LNP還實(shí)現(xiàn)了胰腺的組織特異性基因編輯。該研究證明了將內(nèi)源性維生素作為L(zhǎng)NP第五組分的重要性,并為靶向難以到達(dá)的肝臟外器官(如胰腺)提供了新的策略,有望用于治療目前無(wú)法治愈的胰腺疾病。該文章于2025年6月12日以《Reengineering Endogenous Targeting Lipid Nanoparticles (ENDO) for Systemic Delivery of mRNA to Pancreas》為題發(fā)表于《Advanced Materials》上((DOI:10.1002/adma.202507657)。
圖1 第五組分ENDO LNP制劑及篩選平臺(tái)概覽。(a)目前開(kāi)發(fā)肝外遞送系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)示意圖;(b)ENDO LNP制劑及篩選平臺(tái)示意圖;(c)不同制劑比例的餅狀圖,包括可離子化脂質(zhì)、磷脂、膽固醇、PEG脂質(zhì)和內(nèi)源性維生素第五組分
(1)ENDO LNPs 的體外篩選
傳統(tǒng)mRNA遞送用的脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)由四種關(guān)鍵成分組成:離子化脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、膽固醇和聚乙二醇脂質(zhì)。為增強(qiáng)LNPs的器官特異性遞送能力,研究中加入了維生素A、B2、D3、E和K1作為第五組分。開(kāi)發(fā)了一個(gè)全面的配方庫(kù),使用了SM-102、MC3、C12-200、THP1和306Oi10等離子化脂質(zhì),基于基準(zhǔn)配方(摩爾比為35:16:46.5:2.5)設(shè)計(jì)了四種不同配方比例,并系統(tǒng)研究了維生素摩爾比對(duì)LNPs性能的影響(圖1C)。通過(guò)手工混合在96孔板中制備了100種不同配方的LNPs,結(jié)合了五種離子化脂質(zhì)、五種維生素和四種配方比例。動(dòng)態(tài)光散射(DLS)測(cè)量顯示,大多數(shù)LNPs的平均直徑在60~140 nm之間,PDI小于0.2,與傳統(tǒng)LNPs結(jié)構(gòu)相似。
在多種細(xì)胞系(HEK293、HFF、HUVEC、RAW264.7和HMC3)中評(píng)估了所有LNPs的體外轉(zhuǎn)染效率。結(jié)果表明,與對(duì)照組MC3和SM-102相比,ENDO LNPs的轉(zhuǎn)染效率顯著提高。例如,在HEK293細(xì)胞中,以視黃醇、核黃素和葉綠醌為第五組分的LNPs轉(zhuǎn)染效率更高(圖2A);在HFF細(xì)胞中,以視黃醇、核黃素和生育酚為第五組分的SM-102 LNPs轉(zhuǎn)染效率更高(圖2B);在HUVEC細(xì)胞中,C12-200和306Oi10為基礎(chǔ)的LNPs表現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)染效率(圖2C);在RAW264.7細(xì)胞中,C12-200為基礎(chǔ)的LNPs轉(zhuǎn)染效率更高(圖2D);在HMC3細(xì)胞中,以視黃醇、核黃素和葉綠醌為第五組分的C12-200 LNPs轉(zhuǎn)染效率更高(圖2E)。這些結(jié)果表明,將維生素作為第五組分加入ENDO LNPs可以顯著提高轉(zhuǎn)染效率,為實(shí)現(xiàn)組織特異性遞送提供了依據(jù)。
圖2 ENDO LNPs的體外篩選。(a)在HEK293細(xì)胞中體外遞送熒光素酶mRNA的熱圖(每孔125 ng mRNA,96孔板,n=3),處理24小時(shí)后量化發(fā)光強(qiáng)度;(b)在HFF細(xì)胞中體外遞送熒光素酶mRNA的熱圖(每孔125 ng mRNA,96孔板,n=3),處理24小時(shí)后量化發(fā)光強(qiáng)度;(c)在HUVEC細(xì)胞中體外遞送熒光素酶mRNA的熱圖(每孔125 ng mRNA,96孔板,n=3),處理24小時(shí)后量化發(fā)光強(qiáng)度;(d)在RAW 264.7細(xì)胞中體外遞送熒光素酶mRNA的熱圖(每孔125 ng mRNA,96孔板,n=3),處理24小時(shí)后定量分析發(fā)光強(qiáng)度;(e)在HMC3細(xì)胞中體外遞送熒光素酶mRNA的熱圖(每孔125 ng mRNA,96孔板,n=3),處理24小時(shí)后定量分析發(fā)光強(qiáng)度。縮寫(xiě):T1,THP1;C12,C12-200;SM,SM-102;306,306Oi10;F1,配方1;F2,配方2;F3,配方3;F4,配方4
(2)使用批量分析進(jìn)行ENDO LNPs體內(nèi)篩選
通過(guò)綜合批量分析評(píng)估了ENDO LNPs的體內(nèi)遞送效率。研究將100種LNPs按配方比例分為四組(F1、F2、F3和F4),每組包含25種配方。這些LNPs以0.5 mg·kg?1的劑量靜脈注射到C57BL/6小鼠體內(nèi),通過(guò)IVIS成像系統(tǒng)檢測(cè)主要器官的蛋白表達(dá)。結(jié)果顯示,F(xiàn)1和F4主要在肝臟表達(dá),并在脾臟、腸道和胰腺有少量表達(dá);F2和F3則顯著重定向到肝臟外,其中F2在胰腺表現(xiàn)出選擇性蛋白表達(dá),而在其他器官(包括脾臟和肝臟)表達(dá)極少(圖3A)。隨后,基于離子化脂質(zhì)(THP1、C12-200、SM-102、MC3和306Oi10)將F2和F3配方分為五組,每組10種LNPs進(jìn)行注射。結(jié)果表明,C12-200組在胰腺表現(xiàn)出選擇性轉(zhuǎn)染,而其他離子化脂質(zhì)組在多個(gè)器官均有表達(dá)(圖3B)。進(jìn)一步將C12-200配方按不同維生素(視黃醇、核黃素、膽鈣化醇、生育酚和葉綠醌)分組,發(fā)現(xiàn)膽鈣化醇配方在胰腺表現(xiàn)出選擇性mRNA轉(zhuǎn)染和蛋白表達(dá)(圖3C)。在整個(gè)篩選過(guò)程中,SM-102和MC3作為對(duì)照,主要在肝臟積累。
圖3 使用批量分析進(jìn)行ENDO LNPs體內(nèi)篩選。(a)注射后24小時(shí)的IVIS圖像及基于配方(F1、F2、F3、F4)的FLuc mRNA ENDO LNP池總通量的圖形表示,SM-102和MC3作為對(duì)照,C57BL/6小鼠靜脈注射0.5 mg·kg?1混合的ENDO LNPs(n=2只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD)。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腸和腎臟。(b)注射后24小時(shí)的IVIS圖像及基于可離子化脂質(zhì)的FLuc mRNA ENDO LNP池總通量的圖形表示,靶向胰腺的F2和F3 LNPs按可離子化脂質(zhì)(THP1、C12-200、SM-102、MC3、306Oi10)分批處理后靜脈注射,SM-102和MC3作為對(duì)照(n=2只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD)。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腸和腎臟。(c)注射后24小時(shí)的IVIS圖像及基于內(nèi)源性維生素的FLuc mRNA ENDO LNP池總通量的圖形表示,靶向胰腺的選擇性C12-200 ENDO LNP按維生素A(視黃醇)、B2(核黃素)、D3(膽鈣化醇)、E(生育酚)、K1(葉綠醌)分批處理后靜脈注射,SM-102和MC3作為對(duì)照(n=2只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD)。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腸和腎臟
(3)ENDO LNP、C-CholF2 和 C-CholF3 的效果驗(yàn)證
使用微流控裝置制備了C12-200膽鈣化醇F2(C-CholF2)和C12-200膽鈣化醇F3(C-CholF3)LNPs。C-CholF2和C-CholF3的粒徑和包封率(EE%)測(cè)量結(jié)果顯示,兩者粒徑相似且EE%較高,表明mRNA包封效果良好(圖4A)。將C-CholF2和C-CholF3以0.5 mg·kg?1的劑量靜脈注射到C57BL/6小鼠體內(nèi),C-CholF3和C-CholF2在胰腺表現(xiàn)出選擇性表達(dá),C-CholF3的平均總通量為1.04×10?,是C-CholF2(2.29×10?)的4.5倍,表明C-CholF3能夠以更高的效率靶向胰腺(圖4B)。通過(guò)腹腔注射途徑評(píng)估了C-CholF3的效率,平均總通量降低到5.94×10?(約為靜脈注射信號(hào)的12%),但對(duì)胰腺的選擇性仍超過(guò)99%。C-CholF3 ENDO LNPs的低溫電子顯微鏡(cryo-EM)圖像顯示其呈球形,具有多層膜殼包裹的非晶態(tài)核心(圖4D)。將0.25、0.5和1 mg·kg?1的C-CholF3 LNPs靜脈注射到C57BL/6小鼠體內(nèi),觀(guān)察到明顯的劑量依賴(lài)性轉(zhuǎn)染效率提升。
圖4 頂級(jí)ENDO LNP(C-CholF2和C-CholF3)的驗(yàn)證。(a)C-CholF2和C-CholF3及對(duì)照(C12-200)的物理化學(xué)特性,包括尺寸、PDI、ζ電位和mRNA包封效率(n=3,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,****p<0.0001,NS表示不顯著,采用單因素方差分析及Bonferroni事后分析)。(b)注射后24小時(shí)的代表性IVIS圖像及靜脈注射0.5 mg·kg?1的C-CholF2和C-CholF3 ENDO LNP總通量的圖形表示,PBS和C12-200作為對(duì)照(n=3只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,****p<0.0001,NS表示不顯著,采用單因素方差分析及Bonferroni事后分析)。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腸和腎臟。(c)餅圖顯示靜脈注射C12-200(傳統(tǒng)四組分)并重定向至胰腺后,C-CholF2和C-CholF3 LNPs在各器官的蛋白表達(dá)百分比(n=3只生物學(xué)獨(dú)立小鼠)。(d)C-CholF3 LNPs的代表性低溫電子顯微鏡圖像,比例尺為50納米
(4)C-CholF3 ENDO LNPs的毒性和安全性評(píng)估
C-CholF3的體內(nèi)生物相容性研究顯示,其處理的胰腺組織在24小時(shí)和48小時(shí)后H&E染色未見(jiàn)形態(tài)學(xué)損傷或炎癥反應(yīng)(圖5A),胰島細(xì)胞保持完整,無(wú)壞死或退行性變化;肝臟組織在48小時(shí)后H&E染色也未見(jiàn)顯著差異。連續(xù)監(jiān)測(cè)21天體重和血液學(xué)參數(shù)發(fā)現(xiàn),小鼠體重?zé)o顯著下降,肝酶(ALT、AST、堿性磷酸酶)水平正常,未觀(guān)察到腎臟毒性(圖5B)。注射后24小時(shí)檢測(cè)的促炎細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)水平與PBS對(duì)照組相當(dāng),表明LNP低免疫原性(圖5C),其他免疫生物標(biāo)志物水平也與對(duì)照組相當(dāng),適合LNP的重復(fù)給藥。這些結(jié)果表明,C-CholF3 ENDO LNPs具有更高的生物相容性和更低的毒性,優(yōu)于傳統(tǒng)C12-200 LNPs。
C-CholF3 LNPs在4℃和-20℃下儲(chǔ)存1、3、7和21天后,物理化學(xué)性質(zhì)變化極小,粒徑、PDI、ζ電位和EE%等參數(shù)保持一致。即使在無(wú)冷凍保護(hù)劑的情況下儲(chǔ)存21天,LNPs仍能保持穩(wěn)健的熒光素酶(FLuc)表達(dá),表明其具有卓越的穩(wěn)定性,適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存和運(yùn)輸。此外,靜脈注射C-CholF3 LNPs到C57BL/6小鼠體內(nèi)后,生物發(fā)光信號(hào)在72小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)?。▓DS14,補(bǔ)充信息),表明其在體內(nèi)具有較長(zhǎng)的穩(wěn)定性和表達(dá)時(shí)間。
通過(guò)TNS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),靶向胰腺的C-CholF3 LNPs的表觀(guān)pKa值為7.31,高于靶向肝臟的C12-200 LNPs的pKa值6.71。C-CholF3 LNPs能夠遞送多種核酸載荷,包括質(zhì)粒DNA和環(huán)狀mRNA。靜脈注射含有環(huán)狀mRNA或質(zhì)粒DNA的C-CholF3 LNPs后,環(huán)狀mRNA的平均總通量為8.41×10?,質(zhì)粒DNA為1×10?,且兩者的選擇性均超過(guò)99%,表明其對(duì)不同核酸具有廣泛的兼容性。質(zhì)粒DNA可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期基因表達(dá),環(huán)狀mRNA則具有更高的穩(wěn)定性和更低的免疫原性??傮w而言,C-CholF3 LNPs是一種安全且高效的胰腺靶向核酸治療遞送方法,對(duì)胰腺癌和糖尿病治療具有重要意義。
圖5 C-CholF3 ENDO LNPs的毒性和安全性評(píng)估。(a)C57BL/6小鼠靜脈注射包裹FLuc mRNA的C-CholF3和PBS(對(duì)照,劑量0.5 mg·kg?1)后,胰腺(處理后24和48小時(shí))和肝臟切片(處理后48小時(shí))的代表性組織學(xué)圖像,蘇木精-伊紅(H&E)染色,放大倍數(shù)40倍,比例尺60 μm(n=3只生物學(xué)獨(dú)立小鼠)。(b)靜脈注射PBS、C-CholF3和C12-200 LNPs(劑量0.5 mg·kg?1)后24小時(shí),血清肝酶(丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶ALT和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶AST)、腎臟參數(shù)(血尿素氮BUN和肌酐)水平(n=3,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,****p<0.0001;NS表示不顯著,采用單因素方差分析和Bonferroni事后分析)。(c)以0.5 mg·kg?1劑量靜脈注射C-CholF3和C12-200 LNPs的小鼠體內(nèi)IL-6、IL-1β和TNFα水平(n=3只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001;NS表示無(wú)顯著性,采用單因素方差分析和Bonferroni事后分析),以注射PBS的小鼠作為對(duì)照組
(5)C-CholF3 ENDO LNPs 內(nèi)源性靶向胰腺的機(jī)制探究
C-CholF3 ENDO LNPs實(shí)現(xiàn)胰腺選擇性遞送的機(jī)制研究結(jié)果如下:共聚焦顯微鏡觀(guān)察顯示,DiO標(biāo)記的C-CholF3 LNPs在BxPC-3細(xì)胞中處理2小時(shí)后與LysoTracker標(biāo)記的內(nèi)體/溶酶體明顯共定位,表明其有效內(nèi)化和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸(圖6A)。C-CholF3處理的細(xì)胞DiO熒光強(qiáng)度顯著高于MC3處理的細(xì)胞,提示其細(xì)胞攝取能力更強(qiáng),推測(cè)與受體介導(dǎo)的內(nèi)化途徑有關(guān)。由于C-CholF3配方中含有膽鈣化醇作為第五組分,推測(cè)其可能通過(guò)與維生素D受體(VDR)的相互作用實(shí)現(xiàn)胰腺細(xì)胞的選擇性攝取。
在體內(nèi)研究中,使用VDR的拮抗劑MeTC7預(yù)處理C57BL/6小鼠(50 mg·kg?1),12小時(shí)后靜脈注射包裹Fluc mRNA的C-CholF3 ENDO LNPs(0.5 mg·kg?1)(圖6B)。注射后24小時(shí)的IVIS成像顯示,PBS處理的小鼠胰腺中熒光素酶表達(dá)強(qiáng)烈,證實(shí)了C-CholF3的胰腺靶向性(圖6C),而MeTC7預(yù)處理的小鼠胰腺信號(hào)完全消失,表明功能性VDR對(duì)組織選擇性遞送至關(guān)重要,MeTC7破壞了VDR與C-CholF3 LNPs的相互作用。此外,MC3 LNPs在MeTC7處理的小鼠中仍表現(xiàn)出強(qiáng)烈的肝臟蛋白表達(dá),符合ApoE介導(dǎo)的肝臟靶向機(jī)制。
進(jìn)一步驗(yàn)證VDR的作用,將MeTC7作為第五組分替代膽鈣化醇,制備了靶向胰腺的LNPs。以0.5 mg·kg?1的劑量靜脈注射MeTC7 LNPs后,24小時(shí)的IVIS成像顯示胰腺中選擇性且強(qiáng)烈的熒光素酶表達(dá)(圖6D),表明MeTC7嵌入LNP后可與VDR相互作用,類(lèi)似于膽鈣化醇,從而促進(jìn)高效的胰腺靶向。這進(jìn)一步證實(shí)了LNP與VDR之間的直接相互作用,支持了一種新的VDR介導(dǎo)的遞送機(jī)制。
圖6 C-CholF3 ENDO LNPs內(nèi)源性靶向胰腺的機(jī)制探究。(a)共聚焦顯微鏡圖像顯示DiO標(biāo)記的C-CholF3和MC3 LNPs在BxPC-3細(xì)胞中的攝取和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸情況。細(xì)胞用LysoTracker Red(內(nèi)體/溶酶體)和Hoechst 33342(細(xì)胞核)染色,處理后2小時(shí)成像以觀(guān)察納米顆粒定位,比例尺10 μm,放大60倍(n=3)。(b)使用MeTC7阻斷VDR的示意圖。小鼠腹膜內(nèi)注射50 mg·kg?1 MeTC7,12小時(shí)后靜脈注射mRNA LNPs。(c)為研究VDR作用,小鼠在注射LNP前12小時(shí)預(yù)先注射VDR拮抗劑MeTC7或PBS(對(duì)照)。C57BL/6小鼠靜脈注射LNP(0.5 mg·kg?1)后24小時(shí)的代表性IVIS圖像(n=4只生物學(xué)獨(dú)立小鼠)。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腎臟和腸道。(d)代表性IVIS圖像、總通量的圖形表示和餅圖,說(shuō)明注射C-CholF3 LNP(以MeTC7代替膽鈣化醇作為第五種成分)后24小時(shí)各器官的蛋白表達(dá)百分比。小鼠接受靜脈注射,劑量為0.5 mg·kg?1(n=3只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,NS表示不顯著,采用雙尾非配對(duì)t檢驗(yàn))。器官?gòu)淖蟮接乙来螢椋盒呐K、肺、脾、胰腺、肝臟、腎臟和腸道
(6)利用 C-CholF3 ENDO LNPs 在胰腺中高效且組織特異性地表達(dá) tdTomato
利用Ai14小鼠模型評(píng)估了C-CholF3 LNPs的組織特異性基因編輯能力。該模型含有Cre介導(dǎo)基因編輯的構(gòu)建,CAG啟動(dòng)子下游有LoxP-stop-LoxP盒,成功遞送Cre重組酶后可激活tdTomato熒光(圖7A)。將包裹Cre重組酶mRNA的C-CholF3 LNPs以1.5 mg·kg?1的劑量靜脈注射到Ai14小鼠體內(nèi),120小時(shí)后熒光成像顯示胰腺中tdTomato表達(dá)強(qiáng)烈,選擇性超過(guò)99%(圖7B、圖7C),而其他組織熒光不顯著。免疫熒光分析顯示,胰島素抗體染色的β細(xì)胞中出現(xiàn)tdTomato熒光,表明C-CholF3 ENDO LNPs在胰腺β細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了有效的基因編輯(圖7D),但這種遞送并非僅限于β細(xì)胞。這些結(jié)果表明,該遞送系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)胰腺主要細(xì)胞類(lèi)型的基因表達(dá),有望用于胰腺疾病的靶向治療。
為了評(píng)估C-CholF3 LNPs的臨床轉(zhuǎn)化潛力,將其安全性與已獲批的MC3配方(Onpattro)進(jìn)行了比較。在注射后4小時(shí)和24小時(shí)評(píng)估了C-CholF3和MC3的體內(nèi)轉(zhuǎn)染效率和毒性特征。IVIS成像顯示,C-CholF3在4小時(shí)時(shí)已在胰腺積累,平均總通量為3.52×10?,且在肝臟清除后未發(fā)生再分布;而MC3主要在肝臟積累,平均總通量為2.26×10?。24小時(shí)時(shí),IVIS圖像顯示C-CholF3在胰腺的轉(zhuǎn)染效率高于MC3,平均總通量分別為3.47×10?和3.24×10?。安全性評(píng)估表明,C-CholF3的血清肝酶ALT和AST水平低于MC3,兩者對(duì)腎臟功能參數(shù)影響相似,且C-CholF3的細(xì)胞因子譜更優(yōu),其中IL-6水平顯著低于MC3,而IL-1β水平高于MC3,總體支持C-CholF3具有更優(yōu)的安全性。
圖7 利用C-CholF3 ENDO LNPs在胰腺中高效且組織特異性地表達(dá)tdTomato。(a)Cre mRNA遞送及Cre介導(dǎo)的終止盒移除示意圖,激活A(yù)i14 Cre-loxP小鼠模型中的tdTomato表達(dá),通過(guò)靜脈注射含Cre mRNA的LNPs并使用IVIS成像胰腺。(b)注射后120小時(shí)胰腺中tdTomato的代表性表達(dá)及含Cre mRNA的C-CholF3 LNPs總通量的圖形表示,以及以1.5 mg·kg?1劑量靜脈注射到Ai14小鼠的PBS處理對(duì)照(n=4只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,±SD,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,NS表示不顯著,采用雙尾非配對(duì)t檢驗(yàn))。(c)餅圖說(shuō)明靜脈注射含Cre mRNA的C-CholF3 LNPs后胰腺和肝臟中蛋白表達(dá)的百分比(n=4只生物學(xué)獨(dú)立小鼠)。(d)Ai14小鼠靜脈注射1.5 mg·kg?1劑量的包裹Cre mRNA的C-CholF3 LNPs和PBS(對(duì)照)后120小時(shí)胰腺切片的代表性免疫熒光圖像,使用胰島素抗體對(duì)β細(xì)胞染色,DAPI標(biāo)記細(xì)胞核,圖像采集自三只生物學(xué)獨(dú)立小鼠,放大40倍
本研究通過(guò)在傳統(tǒng)四組分C12-200脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)中加入內(nèi)源性膽鈣化醇作為第五組分,成功實(shí)現(xiàn)了從肝臟到胰腺的靶向重定向。通過(guò)全面的篩選,發(fā)現(xiàn)C-CholF3 LNPs(含有膽鈣化醇作為第五組分)在胰腺中表現(xiàn)出超過(guò)99%的選擇性蛋白表達(dá),并且具有較低的毒性。研究推測(cè)其胰腺靶向機(jī)制可能涉及維生素D受體(VDR)介導(dǎo)的內(nèi)源性靶向機(jī)制。此外,C-CholF3 LNPs能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)粒DNA和環(huán)狀mRNA的胰腺選擇性遞送,展現(xiàn)了其多功能性和治療潛力。 在Ai14轉(zhuǎn)基因小鼠模型中,C-CholF3 LNPs還實(shí)現(xiàn)了胰腺β細(xì)胞中特異性的tdTomato表達(dá),進(jìn)一步證實(shí)了其在基因編輯中的高效性。這些發(fā)現(xiàn)表明,通過(guò)合理設(shè)計(jì)內(nèi)源性第五組分,可以實(shí)現(xiàn)LNPs對(duì)肝臟外器官(如胰腺)的靶向遞送,且具有較低的毒性,有望推動(dòng)胰腺疾病基因治療或個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展,并具備重復(fù)給藥的潛力。
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