脂質(zhì)體納米顆粒實(shí)現(xiàn)疫苗以外的應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)

一圖看懂本文：

圖1.是mRNA-LNP主要適應(yīng)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(xué)家，該公司開發(fā)了BioNTech-Pfizer聯(lián)合開發(fā)的mRNA疫苗中所用的LNP脂質(zhì)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(dāng)然，首個(gè)取得非常好效果的LNP藥物，是用于封裝siRNA的。”
 

但事實(shí)證明，mRNA是載荷。LNP由帶正電荷的脂質(zhì)體納米顆粒組成，這些顆粒封裝帶負(fù)電荷的mRNA。一旦進(jìn)入體內(nèi)，LNP通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，在完成內(nèi)涵體逃逸后，釋放到細(xì)胞質(zhì)中。“如果沒有專門設(shè)計(jì)的化學(xué)物質(zhì)，LNP和mRNA將在內(nèi)涵體中被降解，”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)，化學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)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(rèn)知，人們對它們更感興趣了，”Mui說。下一個(gè)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(diào)整LNP來運(yùn)輸不同類型的載荷。但為了實(shí)現(xiàn)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(nèi)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(lǐng)域發(fā)揮作用。
 

基因編輯

“該領(lǐng)域目前最令人興奮的方向是基因編輯，”EnterX Bio的科學(xué)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(jī)制或引導(dǎo)RNA進(jìn)入細(xì)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(yàn)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(gè)潛在應(yīng)用是免疫療法。對淋巴細(xì)胞（如T細(xì)胞或NK細(xì)胞）進(jìn)行基因修飾，并且經(jīng)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(xì)胞，編輯培養(yǎng)中的細(xì)胞以表達(dá)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(xì)胞上，在體內(nèi)表達(dá)所需的CAR。Mui參與了一項(xiàng)體內(nèi)研究，表明在這一過程，LNP-mRNA在小鼠T細(xì)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(huì)上展示了關(guān)于將CAR-mRNA引導(dǎo)到NK細(xì)胞然后可以殺死靶細(xì)胞的LNP的初步數(shù)據(jù)。“RNA-LNP是一種非常令人興奮和新穎的技術(shù)，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(zhǔn)的最新種siRNA藥物，它使用LNPs遞送siRNA來對抗稱為甲狀腺素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的錯(cuò)誤折疊。通過抑制轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白的產(chǎn)生來淀粉樣變性。
 

 LNP仍然需要進(jìn)行大量的研究，以在其所有不同的角色中充當(dāng)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(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性反應(yīng)，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(zhì)體如何影響毒性。
 

“如果脂質(zhì)體完全可降解，就有解決方案，”特拉維夫大學(xué)納米醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Dan Peer說。在遞送完API之后，徘徊在細(xì)胞中的脂質(zhì)體比那些降解掉的脂質(zhì)體更有可能免疫反應(yīng)。Peer一直在開發(fā)一系列新的脂質(zhì)體，并授權(quán)給他的公司NeoVac，這些脂質(zhì)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(zhì)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(dāng)LNP被細(xì)胞吸收后，沒有完全釋放到細(xì)胞質(zhì)前，它們往往會(huì)被困在內(nèi)涵體中。“改善的內(nèi)體逃逸對于未來幾代LNP來說，將是一件大事，因?yàn)槟壳暗腖NP估計(jì)只有不到5%，能完成內(nèi)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(xì)胞毒性副作用。
 

擴(kuò)大LNP用途的另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是找到可以使它們到達(dá)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(yīng)用，有必要將它們引導(dǎo)到其他，如肺，腎或大腦。“有一種內(nèi)在的需要，即繞過每個(gè)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(shí)，也要將LNP引導(dǎo)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(dǎo)到其所需的靶點(diǎn)，并不是一個(gè)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(zhì)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(xì)胞結(jié)合的作用。
 

Eygeris說，尋找新的LNP是一個(gè)非�；钴S的研究領(lǐng)域。“這就是每個(gè)人現(xiàn)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(jìn)入任何其他，如肺或脾臟，那么這就會(huì)增加你的潛力。

與此同時(shí)，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(gè)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(zhì)體，他希望他們能夠?qū)�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(guān)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(xué)到了很多東西，現(xiàn)在是時(shí)候進(jìn)入下一個(gè)級別了。”他說。