新型雾化LNP，向肺部高效递送mRNA

来源：生物世界

排版：Vergil

体内递送mRNA，有望治疗和预防多种遗传病、传染病，以及癌症等多种疾病。值得注意的是，肌肉注射基于脂质纳米颗粒（LNP）的mRNA疫苗对驱动COVID-19大流行的新冠病毒表现出优异的防护疗效。

然而，目前体内mRNA药物递送方式容易导致药物的肝脏富集，而包括新冠肺炎、流感、囊性纤维化、原发性纤毛运动障碍、α-1抗胰蛋白酶缺乏症、哮喘，以及肺癌在内的肺部疾病，亟需一种能够有效将mRNA递送到肺部的载体，以推动mRNA疫苗/疗法对肺部疾病的预防和治疗。因此，mRNA药物雾化吸入给药的方式成为了收到众多关注的潜在给药途径。

迄今为止，肺部靶向递送mRNA，基本都是使用聚乙烯亚胺（PEI）、脂质纳米颗粒（LNP）在小鼠上进行学术研究，很少在人类中进行的临床试验。其中最出名的临床试验是Translate Bio开发的LNP递送mRNA的雾化制剂治疗囊性纤维化，但遗憾的是，治疗后患者的肺功能并未得到改善。表明了靶向肺部的雾化递送载体仍需要进一步改进。

2023年11月20日，麻省理工学院Daniel Anderson团队在Nature Nanotechnology期刊发表了题为："Combinatorial development of nebulized mRNA delivery formulations for the lungs" 的研究论文。

本研究中开发的雾化脂质纳米颗粒（LNP）配方可能是迄今最高效的向肺部递送mRNA的LNP配方，为肺部疾病的基因治疗带来了更有潜力的递送载体。

基于脂质纳米颗粒（LNP）的雾化mRNA递送的困难与几个雾化和肺特异性障碍有关：

首先，雾化过程中强大的剪切力，会破坏纳米颗粒结构并诱导聚集；

其次，转染支气管上皮需要穿透粘液层，是药物扩散主要的空间和化学障碍；

此外，虽然纳米颗粒摄取在极化肺上皮细胞的基底层效率最高，但基底层紧密连接的特性使LNP更加难以被摄取。

优化雾化LNP配方

为了解决雾化挑战，研究团队首先优化了LNP组分比例以提高稳定性，并通过缓冲条件和辅料的理性设计，进一步改善了LNP的稳定性。接下来，研究团队使用体外空气-液体界面（ALI）培养筛选了用于向肺上皮递送mRNA的脂质库。ALI培养被证明具有良好的预测能力，并产生了两个具有优异体内性能的候选脂质——IR-117-17和IR-19-Py。

当在优化配方条件下雾化时，这两种脂质分别大大优于最先进的向肺部和鼻腔的mRNA递送载体配方。最为关键的是，筛选得到的雾化LNP制剂的mRNA包封效率损失达到最小，雾化后LNP粒径变化也最小。

体外结果显示，雾化IR-117-17 LNP在向肺部递送mRNA方面比LNP提高了300倍，比之前报道的超支化聚(β-氨基酯)（PBAE）提高了2倍，包括在向大气道递送方面提高了45倍。

赋形剂和缓冲液优化改善雾化LNP稳定性

研究比较了两种不同的雾化缓冲液（0.9%的氯化钠和100 mM 的醋酸钠）与 PBS 的效果。结果表明，醋酸钠缓冲液能够显著提高 LNPs 的雾化递送效能，增加 LNPs 的 zeta 电位，减少 LNPs 在雾化过程中的聚集。最后，研究发现加入 bPEG20K 和醋酸钠缓冲液的组合不仅可以减少 LNPs 在雾化过程中的粒径增加，还能保护 mRNA 免受雾化过程中的破裂，提高 LNPs 在体内递送的效能。