脂質奈米顆粒（LNP）有可能徹底改變現代醫學。 這項技術具有巨大的潛力，可以超越傳染病，達到曾經被認為無法成藥的目標，以及幾乎無窮無盡的疾病。 但該領域仍處於起步階段，要釋放LNP的全部潛力，仍有許多挑戰需要克服。
LNPS的用途。
多年來，科學家們已經證明了核酸在簡化細胞模型和培養瓶中的潛力。 然而，這些概念驗證實驗在現實生活中的應用更具挑戰性，因為在生物體中進行這些實驗會增加其複雜性。 LNP能夠以一種既能防止它們在體內降解又能將它們遞送至靶標的方式管理這些**。
LNP大大增加了找到可成藥靶點的機會。 有了LNP，就有可能從傳統的小分子**轉向基於核酸的小分子**。 通過正確的設計，可以設計用於疫苗接種、蛋白質替代和基因敲除的各種有效載荷的 LNP。
LNPS的侷限性。
基於 mRNA 的 COVID-19 疫苗在某些方面簡化了 LNP 的應用。 這些疫苗很少接種，一旦原來的保護作用開始減弱，就會接種加強針，肌肉注射很方便。 雖然有效載荷的瞬時性有助於通過強烈刺激免疫反應使基於 mRNA 的 COVID-19 疫苗成為可能，但當需要產品的永續性時，傳統 mRNA-LNP 的瞬時性成為限制因素。
因此，需要其他方法來實現有效的蛋白質替代。 從理論上講，頻繁施用 LNP 可能會導致免疫反應和顆粒失活，儘管自擴增 RNA （SARNA） 可能有助於延長劑量之間的時間2。 SARNA不僅延長了蛋白質表達的持續時間，而且還允許使用較低劑量的RNA，從而減少不良反應。 通過LNP提供基因編輯工具，如CRISPR Cas9和相關的嚮導RNA，確保了變化的永續性，但也存在倫理方面的考慮。 研究人員正在積極研究如何改變LNP的脂質組成並新增特定的靶向配體來解決這些問題，但仍有許多工作要做1,3,4。
LNP安全性和有效性的進展。
與傳統藥物一樣，LNP的配製方式必須使利大於弊。 LNP在體內儲存和運輸過程中必須保持穩定，並避免被免疫系統檢測到，以達到其作用靶標。 也就是說，LNP必須具有足夠長的體內半衰期，但其配方必須能夠快速、徹底地消除核酸有效載荷，避免在核酸有效載荷遞送後產生有毒代謝物。
LNP 由可電離陽離子脂質、輔助脂質、甾醇脂質和 PEGylated 脂質的脂質混合物組成。 可電離陽離子脂質是核酸有效載荷封裝和 LNP 功效的主要驅動因素，但它們也與 LNP 耐受性、免疫原性和細胞毒織在一起**5。
在可電離陽離子脂質中新增多種環境響應特性，大大提高了這些脂質的生物相容性和生物降解性6,8。 可電離陽離子脂質含有在低pH值下獲得的瞬態正電荷，不僅用於封裝核酸有效載荷，還用於將核酸有效載荷輸送到細胞中，以最小的毒性促進內質粒逃逸。 酯或醯胺接頭可以被內源性酶切割，促進這些脂質在細胞攝取時的降解，而生物可還原二硫鍵的新增有助於促進細胞質中核酸貨物的釋放7,8。
然而，一些可電離的陽離子脂質具有免疫刺激作用，可以誘導免疫啟用1。 雖然這可以作為佐劑，在某些方面（例如疫苗）是有益的，但在其他一些適應症中，這種效果並不理想。 隨著時間的流逝，反覆施用LNPs刺激的免疫反應會抑制蛋白質翻譯，這是LNPs大規模應用蛋白質替代中需要克服的重大障礙**。
聚乙二醇脂質的使用也引起了對免疫原性的擔憂1,9。 聚乙二醇化脂質可以防止免疫系統的鬆弛和清除，使LNP成為**製劑，從而保護LNP在體迴圈中不被迅速消除。 它們延長了LNP的半衰期，並有助於確保其安全遞送至靶細胞。 然而，聚乙二醇化脂質會引起炎症反應並阻礙顆粒的吸收，這種現象被稱為“聚乙二醇困境”9。 聚乙二醇化脂質可能具有免疫原性，導致聚乙二醇化超敏反應和抗聚乙二醇化脂質的產生，這與聚乙二醇化脂質的意圖相反，並加速了 LNPs1 的血液清除。 聚乙二醇化脂質也是大而笨重的分子，雖然它們的目的是防止免疫系統吸收顆粒，但它們也可能在遞送過程中抑制顆粒的攝取，從而限制藥物遞送到靶細胞10。
研究人員一直在探索降低免疫原性的新技術，並在LNP製劑中具有類似的活性。 聚肌氨酸 （PSAR） 是一種基於內源氨基酸的合成聚合物，有望取代 LNPs11 中的聚乙二醇化脂質。 用 PSAR 代替聚乙二醇化脂質配製的 LNP 已被證明具有高轉染效率和低免疫原性。 因此，PSAR功能化LNPS有可能增加LNP的效力，而不會相應增加***。
LNP表面改性的靶標選擇性。
選擇性靶向組織、細胞甚至亞細胞特異性位點的 LNP 的開發是許多研發工作的重點。 靶向不僅擴大了LNP的應用範圍，而且還減少了傳統小分子等不需要的應用
利用基礎生物學賦予的被動遞送能力，一些靶點相對容易進入，而另一些靶點則更難進入，需要經過深思熟慮的主動靶向機制設計。 某些器官的結構有利於LNP的積累。 由於它們的體積小，LNP 可以很容易地通過上皮柵欄器官和/或接受高比例心輸出量的器官，例如肝臟、脾臟和肺12-14。 一些研究人員已經找到了改變LNP脂質組成的方法，以進一步將LNP引導到這些器官。 調整 LNP 的淨表面電荷以促進組織營養（具有正、中性和負淨表面電荷的 LNP 分別針對肺、肝臟和脾臟）。 在傳統的四組分 LNP 混合物中新增第五種脂質，即脂質分選分子，可以使用選擇性器官靶向 （SORT） 方法進一步調節 LNP 遞送15,16。 然而，除了肝、脾、肺之外，還有很多疾病。為了將 LNP 推向醫學前沿，必須制定將 LNP 輸送到任何地點的策略。
由於血腦屏障的存在，影響大腦的疾病是困難的**。 儘管體積小，但LNP不會被動地穿過血腦屏障。 一些研究人員沒有與生物學作鬥爭，而是找到了巧妙的方法來利用它。 徐喬兵的實驗室了解到神經遞質是內源性分子，其中一些可以穿過血腦屏障，因此合成了基於色胺的新型脂質，色胺是許多神經遞質共有的官能團17。 這些神經遞質衍生的脂質，稱為NT樣脂質，允許原本不透水的LNP製劑穿過血腦屏障。
抗體介導的遞送也可用於實現特異性細胞靶向。 用靶向特異性受體的抗體裝飾LNP的表面是將LNP引導至靶細胞的一種有趣策略。 然而，蛋白質和脂質之間的化學偶聯是困難的，並且將抗體錨定在LNP表面並維持其功能定位具有挑戰性18。 錨定二級SCFV靶向（Asset）分子的靶向平台可以解決這些問題。 脂化單鏈可變片段 （SCFV） 很容易與 LNP 結合。 它們識別抗體的 Fc 區並結合，確保抗體的 FAB 與配體結合。 使用這種方法，可以使用大量的抗體-抗原配對，並且它可能被證明是靶向細胞特異性遞送的多功能平台。
未來的脂質考慮。
LNP製劑中最大的懸而未決的問題之一是如何在不產生過多免疫原性的情況下提高LNP效力。 新型脂質的鑑定是許多研發工作的主題。 大量的可電離陽離子脂質是可用的，並且還在不斷增加。 對可電離陽離子脂質的極性頭部基團、接頭基團和/或疏水尾部進行修飾將繼續提高LNP的封裝和轉染效率，而不會影響生物相容性或生物降解性。
研究人員可能會發現正確設計新脂質是有益的。 一些研究人員可能會從內源性化合物中汲取靈感，例如開發PSAR功能化LNP和NT脂質的情況。 使用由內源性結構單元構建的 LNP 成分可以避免毒性，因為它們更容易生物降解或代謝為親水性更強、毒性最小的內源性化合物。 事實上，一些研究人員已經開始探索外泌體——“自然界中的脂質奈米顆粒”——作為一種更具仿生性的核酸遞送途徑19。 其他人則希望利用現有化合物的特性來開發新的脂質。 該方法已被用於使用已知的收費受體樣 （TLR） 激動劑的結構開發具有特殊佐劑活性的新脂質。 事實上，在傳統的四組分LNP中加入佐劑脂質可以增強SARS-CoV-2 mRNA疫苗的細胞免疫反應，並且在小鼠中耐受性良好20。
我們正處於乙個新時代的開始，在這個時代，LNP技術已經發展到可以實現曾經只是乙個假設的地步。 這一領域的持續進展可能需要整合多種方法，以解決LNP目前的侷限性，以及利用各種科學學科的廣泛專業知識的協作研發工作，將LNP帶到現代醫學的前沿。
參考資料： 1] Rohner， E, yang, r., foo, k.s., et al.nat. biotechnol. 40(11), 1586-1600 (2022).
2】aliahmad, p., miyake-stoner, s.j., geall, a.j., et al. cancer gene ther. 30(6), 785-793 (2023).
3】witzigmann, d., kulkarni, j.a., leung, j., et al.adv. drug deliv. rev. 159, 344-363 (2020).
4】schlich, m., palomba, r., costabile, g., et al.bioeng. transl. med. 6(2), e10213 (2021).
5】albertsen, c.h., kulkarni, j.a., witzigmann, d., et al.adv. drug deliv. rev. 188, 114416 (2022).
6】bost, j.p., barriga, h., holme, m.n., et al.acs nano 15(9), 13993-14021 (2021).
7】han, x., zhang, h., butowska, k., et al. nat. commun. 12(1), 7233 (2021).
8】maier, m.a., jayaraman, m., matsuda, s., et al.mol. ther. 21(8), 1570-1578 (2013).
9】zalba, s., ten hagen, t.l.m., burgui, c., et al. j control. release 351, 22-36 (2022).
10】digiacomo, l., renzi, s., quagliarini, e., et al. nanomed.: nanotechnol. biol. med. 102697 (2023).
11】nogueira, s.s., schlegel, a., maxeiner, k., et al.acs appl. nano mater. 3(11) 10634-10645 (2020).
12】dilliard, s.a., and siegwart, d.j. nat. rev. mater. 8(4), 282-300 (2023).
13】hammond, s.m, aartsma-rus, a., alves, s., et al. embo mol. med. 13(4), e13243 (2021).
14】nakamura, t., sato, y., yamada, y., et al. adv. drug deliv. rev. 188, 114417 (2022).
15】kularatne, r.n., crist, r.m., and stern, s.t. pharmaceuticals (basel)15(7), 897 (2022).
16】wang, x., liu, s., sun, y., et al. nat. protoc. 18(1), 265-291 (2023).
17】ma, f., yang, l, sun, z., et al. sci. adv. 6(30), eabb4429 (2020).
18】kedmi, r., veiga, n., ramishetti, s., et al. nat. nanotechnol. 13(3), 214-219 (2018).
19】tenchov, r., sasso, j.m., wang, x., et al.acs nano. 16(11), 17802-17846 (2022).
20】han, x., alameh, m.-g..,butowska, k., et al. nat. nanotechnol. 18(9), 1105-1114 (2023).
關於開曼群島：
Cayman Chemical 成立於 1980 年，在過去的 20 年裡，一直為世界各地的科學家提供生化和免疫測定試劑和分析試劑盒，涉及廣泛的研究領域，包括腫瘤學、一氧化氮、神經病學、細胞凋亡、氧化損傷、內分泌學等。
開曼化學可提供多種專用檢測試劑盒，如：花生類化合物、游離生物標誌物、環核苷、激素和氮氧化物等。 還提供多種高質量試劑，包括：類花生酸、一氧化氮試劑以及許多相關的脂質、脂肪酸、酶和抗體。
文章部分相關產品：