脂质体纳米颗粒 | 超越新冠疫苗之后所面临的挑战

脂质体纳米颗粒因其在COVID-19疫苗中的高调使用而成为焦点。之后它们在哪些地方可能有用，面临的挑战是什么？

脂质体纳米颗粒（LNP）将小分子输送到体内的载体。最有名的经LNP递送成功的API就是是mRNA，针对COVID-19的两款mRNA疫苗便是使用的mRNA-LNP的组合。但这只是LNP的一种应用：LNP还可以携带许多不同类型的有效载荷，并实现疫苗以外的应用。
 

Barbara Mui自1990年在Pieter Cullis课题组读博至今，一直在研究LNP及其前身Liposome。
Mui目前是Acuitas的高级科学家，该公司开发了BioNTech-Pfizer联合开发的mRNA新冠疫苗中所用的LNP脂质体。Mui说：“早期，LNP用于封装抗癌药物，但随着研究的深入，LNP作为核苷酸的递送载体，效果更好。当然，第一个取得非常好效果的LNP药物，是用于封装siRNA的。”

但事实证明，mRNA是最有效的载荷。LNP由带正电荷的脂质体纳米颗粒组成，这些颗粒封装带负电荷的mRNA。一旦进入体内，LNP通过内吞作用进入细胞，在完成内涵体逃逸后，释放到细胞质中。“如果没有专门设计的化学物质，LNP和mRNA将在内涵体中被降解，”卡内基梅隆大学，化学工程和生物医学工程系教授Kathryn Whitehead说。

LNP是mRNA的理想递送系统。“新冠疫情加速了人们对LNP的接受和认知，人们对它们更感兴趣了，”Mui说。下一个可能是针对艾滋病毒或疟疾等其他传染病或癌症等非传染性疾病的LNP-mRNA疫苗。而且LNP的递送潜力并不止于mRNA，还有更大的空间来调整LNP来运输不同类型的载荷。但为了实现这些潜在的好处，研究人员首先需要克服挑战并降低毒性，提高他们从内涵体中逃逸的能力，增加他们的热稳定性，并研究如何有效地将LNP靶向全身器官。
 

挑战1、超越mRNA

众所周知，LNP是递送mRNA最有效的载体之一，目前也是被人广泛研究。然后除了mRNA，LNP还可以在其他领域发挥作用。

基因编辑
“该领域目前最令人兴奋的方向是基因编辑，”EnterX Bio的科学家Yulia Eygeris说，EnterX Bio是一家由Eygeris的博士后主管Gaurav Sahay于2021年创立的公司，旨在将LNP研究商业化。EnterX Biosciences - Delivering the Future of Genetic Medicines
LNP可以携带Cas9 mRNA等基因编辑机制或引导RNA进入细胞。这为LNPs提供了用作基因治疗递送系统的能力。目前，临床试验中有一种基于LNP的CRISPR-Cas9候选治疗杂合子家族性高胆固醇血症患者，其靶向肝脏中的PCSK9基因。其他基因治疗的可能性可能包括操纵囊性纤维化患者的CFTR基因，或用于治疗罕见的遗传疾病。

免疫疗法
LNP的另一个潜在应用是免疫疗法。对淋巴细胞（如T细胞或NK细胞）进行基因修饰，并且经过证明，对血癌是有用的。通常，该过程涉及从接受治疗的人的血液中提取淋巴细胞，编辑培养中的细胞以表达CAR，然后将其重新引入血液中。然而，LNP可以通过将CAR mRNA递送到靶淋巴细胞上，在体内表达所需的CAR。Mui参与了一项体内研究，表明在这一过程，LNP-mRNA在小鼠T细胞中发挥了作用（Rurik，J.G.et al，Science 375，91-96，2022）。ProMab Biotechnologies研发副总裁Vita Golubovskaya在CAR-TCR峰会上展示了关于将CAR-mRNA引导到NK细胞然后可以杀死靶细胞的LNP的初步数据。“RNA-LNP是一种非常令人兴奋和新颖的技术，可用于递送针对癌症的CAR和双特异性抗体，”她说。

siRNA
LNP还可以携带小的干扰RNA（siRNA），例如在patisiran中，这是FDA批准的第一种siRNA药物，它使用LNPs递送siRNA来对抗称为甲状腺素转运蛋白的错误折叠。通过抑制转甲状腺素蛋白的产生来治疗淀粉样变性。

LNP仍然需要进行大量的研究，以在其所有不同的角色中充当最佳载体。主要挑战之一是基因治疗和其他常规治疗相比疫苗，需要更高的剂量或更多的治疗。在这些较高剂量下，LNPs会导致细胞毒性反应，因此降低LNPs的毒性是研究中的重中之重。

挑战2、降低毒性，提高功效

有不同的方法可以使LNP治疗的毒性降低。一种是通过研究脂质体如何影响毒性。
“如果脂质体完全可降解，就有解决方案，”特拉维夫大学纳米医学实验室主任Dan Peer说。在递送完API之后，徘徊在细胞中的脂质体比那些降解掉的脂质体更有可能激活免疫反应。Peer一直在开发一系列新的脂质体，并授权给他的公司NeoVac，这些脂质体显示出更高的生物降解性和更低的免疫原性，以及其他特征。“我们相信，含有较少的免疫原性的脂质体将更适合于治疗性LNP药物的开发。并且有助于LNP更有效地递送载荷”。目前阻碍递送效率的障碍之一是：当LNP被细胞吸收后，没有完全释放到细胞质前，它们往往会被困在内涵体中。“改善的内体逃逸对于未来几代LNP来说，将是一件大事，因为目前的LNP估计只有不到5%，能完成内涵体逃逸，” Whitehead说。更多的逃逸将允许使用较低剂量的LNP，从而减少可能的细胞毒性副作用。

挑战3、靶向正确的器官

扩大LNP用途的另一个关键挑战是找到可以使它们到达身体不同部位的方法。LNPs天然靶向到肝脏，但对于靶向基因治疗等应用，有必要将它们引导到其他器官，如肺，肾或大脑。“有一种内在的需要，即绕过每个器官特有的障碍，”Eygeris说。这意味着需要防止LNP在肝脏的积聚的同时，也要将LNP引导到特定位置。例如，他们需要穿过血脑屏障才能在大脑中发挥作用。
究竟如何更好地将LNP引导到其所需的靶点，并不是一个简单的问题。“不同的人正在尝试不同的方式，没有人有明确的答案，”Mui说。一些小组正在研究LNP中的脂质体如何影响对不同器官的靶向，而另一些研究小组正在探索，将靶向配体添加到LNP表面以帮助它们与特定细胞结合的作用。
Eygeris说，寻找新的LNP是一个非常活跃的研究领域。“这就是每个人现在都在做的事情，”她说。“如果你有一些东西或方法能够绕过肝脏进入任何其他器官，如肺或脾脏，那么这就会大大增加你的治疗潜力。

挑战4、热稳定性

与此同时，Peer还专注于提高纳米颗粒的热稳定性。广泛交付的LNP-mRNA COVID-19疫苗的一个障碍是：需要将其储存在非常低的温度下；而热稳定好的LNPs有可能保持在室温下。Peer的小组仍在测试他们开发的热稳定脂质体，他希望他们能够将mRNA疫苗提供给更多国家，特别是在南半球。“热稳定配方对于改变mRNA疫苗和治疗方法的格局至关重要，不管你有没有冰柜，你都可以获得LNP-mRNA疫苗”Peer说。

Peer对大流行之后，基于LNP的治疗持乐观态度，尽管他指出还有很多工作要做。“但是，在新冠疫情期间，我们学到了很多东西，现在是时候进入下一个级别了。”他说。

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Reference：

1. Beyond COVID vaccines: what’s next for lipid nanoparticles? (ilibs.cn)