不同的mRNA-LNP細(xì)胞內(nèi)的蛋白表達(dá)差異

在新冠疫情爆發(fā)將近一年之際，輝瑞以及Moderna的mRNA新冠疫苗相繼緊急獲批上市，標(biāo)志著mRNA類藥物這一蟄伏了許久的顛覆性藥物創(chuàng)新技術(shù)愈發(fā)成熟。針對(duì)多種流行性傳染性疾�。ò�括新冠病毒）、罕見性疾病以及腫瘤等，mRNA藥物可誘發(fā)體內(nèi)快速生產(chǎn)出多種特異性的抗原/抗體，作用于相應(yīng)的細(xì)胞靶點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較好的治療效果。這也促進(jìn)了mRNA藥物相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的研究者們相繼步入這一具有良好前景的領(lǐng)域內(nèi)。
 
然后對(duì)于一些“新手”們，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)mRNA這類特殊又嬌貴的藥物成分的高效體內(nèi)遞送，往往成為困擾他們的一大難題。目前通過(guò)參照早期已上市的siRNA類藥物及mRNA新冠疫苗，大家多會(huì)采用脂質(zhì)納米粒（LNPs）來(lái)復(fù)制相應(yīng)的成果，并也的確可以很好的解決問題。但是mRNA-LNP里面學(xué)問很多，LNP的大小、結(jié)構(gòu)等等的不同，都可能會(huì)對(duì)相應(yīng)的mRNA表達(dá)產(chǎn)生影響，接下來(lái)小編就帶大家通過(guò)相關(guān)文章了解其中的奧秘。
 
首先我們關(guān)注粒徑大小的影響。早期就有研究表明通過(guò)改變siRNA-LNP配方中PEG磷脂的含量，可以制備得到大小不同的siRNA-LNP。^【1】參考早期的研究，研究者們通過(guò)調(diào)控PEG磷脂的含量在3 mol%~ 0.25 mol%間變化，使用微流控納米顆粒制備系統(tǒng)制備得到粒徑大小在45 nm至135 nm間變化的mRNA-LNP，如圖1所示。
 

圖1. 不同含量PEG磷脂下mRNA-LNP的粒徑大小（實(shí)心圓為mRNA-LNP，空心體為空載的LNP）

 

隨后分別在脂肪細(xì)胞和肝細(xì)胞上研究不同粒徑大小的mRNA-LNP的體外轉(zhuǎn)染效率，詳見圖2中數(shù)據(jù)結(jié)果所示。首先在mRNA-LNP的攝取上，肝細(xì)胞對(duì)mRNA-LNP的攝取并未展現(xiàn)出粒徑依賴性，而在脂肪細(xì)胞上，64 nm的LNP呈現(xiàn)出了較突出的細(xì)胞攝取。此外發(fā)現(xiàn)LNP攝取幾乎在瞬間開始(在第一個(gè)小時(shí)內(nèi))，并且在給藥后24小時(shí)脂肪細(xì)胞攝取趨于穩(wěn)定，而肝細(xì)胞則更快，在8小時(shí)左右就趨于穩(wěn)定了。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)在兩種細(xì)胞上，mRNA-LNP的細(xì)胞攝取平均都在50 %左右。
 
mRNA被細(xì)胞攝取后，檢測(cè)其相應(yīng)的蛋白表達(dá)，所采用的是編碼人促紅細(xì)胞生成素的mRNA。在前8個(gè)小時(shí)內(nèi)，兩種細(xì)胞中都沒有相應(yīng)蛋白的表達(dá)，而8小時(shí)后，可發(fā)現(xiàn)64 nm的LNP的在兩種細(xì)胞中所產(chǎn)生的人促紅細(xì)胞生成素明顯高于其他粒徑大小的LNP。由于LNP攝取的差異可以忽略不計(jì)，因此可以推斷，蛋白表達(dá)的限制步驟是從核內(nèi)體(核內(nèi)體逃逸)釋放mRNA，而這一過(guò)程本身嚴(yán)重依賴于LNP顆粒大小和細(xì)胞類型。
 

圖2. 不同大小的LNPs的在脂肪細(xì)胞（A、B、C）和肝細(xì)胞上（D、E、F）的細(xì)胞攝取和蛋白表達(dá)（其中，紅色、綠色、黃色、藍(lán)色數(shù)據(jù)分別代表48、64、100、134nm的LNP）

 

從幾種不同粒徑大小的LNP的細(xì)胞攝取及蛋白表達(dá)情況來(lái)看，單純考慮粒徑大小方面的因素，粒徑約在60、70 nm的mRNA-LNP相應(yīng)的細(xì)胞攝取及蛋白表達(dá)效果最好。但是當(dāng)然LNP的結(jié)構(gòu)和組成也會(huì)起到重要的影響作用，這方面的內(nèi)容我們下一次會(huì)再繼續(xù)探討。
 

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參考文獻(xiàn)：
1. Belliveau NM, et al. (2012) Microfluidic synthesis of highly potent limit-size lipid
nanoparticles for in vivo delivery of siRNA. Mol Ther Nucleic Acids 1:e37.
2. Chen S, et al. (2014) Development of lipid nanoparticle formulations of siRNA for hepatocyte gene silencing following subcutaneous administration. J Control Release 196:106–112.
3. Marianna YA, et al.（2018）Successful reprogramming of cellular protein production through mRNA delivered by functionalized lipid nanoparticles. PNAS 115: E3351–E3360
 

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