脂质纳米颗粒（LNP）有可能彻底改变现代医学。 这项技术具有巨大的潜力，可以超越传染病，达到曾经被认为无法成药的目标，以及几乎无穷无尽的疾病。 但该领域仍处于起步阶段，要释放LNP的全部潜力，仍有许多挑战需要克服。
LNPS的用途。
多年来，科学家们已经证明了核酸在简化细胞模型和培养瓶中的潜力。 然而，这些概念验证实验在现实生活中的应用更具挑战性，因为在生物体中进行这些实验会增加其复杂性。 LNP能够以一种既能防止它们在体内降解又能将它们递送至靶标的方式管理这些**。
LNP大大增加了找到可成药靶点的机会。 有了LNP，就有可能从传统的小分子**转向基于核酸的小分子**。 通过正确的设计，可以设计用于疫苗接种、蛋白质替代和基因敲除的各种有效载荷的 LNP。
LNPS的局限性。
基于 mRNA 的 COVID-19 疫苗在某些方面简化了 LNP 的应用。 这些疫苗很少接种，一旦原来的保护作用开始减弱，就会接种加强针，肌肉注射很方便。 虽然有效载荷的瞬时性有助于通过强烈刺激免疫反应使基于 mRNA 的 COVID-19 疫苗成为可能，但当需要产品的持久性时，传统 mRNA-LNP 的瞬时性成为限制因素。
因此，需要其他方法来实现有效的蛋白质替代。 从理论上讲，频繁施用 LNP 可能会导致免疫反应和颗粒失活，尽管自扩增 RNA （SARNA） 可能有助于延长剂量之间的时间2。 SARNA不仅延长了蛋白质表达的持续时间，而且还允许使用较低剂量的RNA，从而减少不良反应。 通过LNP提供基因编辑工具，如CRISPR Cas9和相关的向导RNA，确保了变化的持久性，但也存在伦理方面的考虑。 研究人员正在积极研究如何改变LNP的脂质组成并添加特定的靶向配体来解决这些问题，但仍有许多工作要做1,3,4。
LNP安全性和有效性的进展。
与传统药物一样，LNP的配制方式必须使利大于弊。 LNP在体内储存和运输过程中必须保持稳定，并避免被免疫系统检测到，以达到其作用靶标。 也就是说，LNP必须具有足够长的体内半衰期，但其配方必须能够快速、彻底地消除核酸有效载荷，避免在核酸有效载荷递送后产生有毒代谢物。
LNP 由可电离阳离子脂质、辅助脂质、甾醇脂质和 PEGylated 脂质的脂质混合物组成。 可电离阳离子脂质是核酸有效载荷封装和 LNP 功效的主要驱动因素，但它们也与 LNP 耐受性、免疫原性和细胞毒织在一起**5。
在可电离阳离子脂质中添加多种环境响应特性，大大提高了这些脂质的生物相容性和生物降解性6,8。 可电离阳离子脂质含有在低pH值下获得的瞬态正电荷，不仅用于封装核酸有效载荷，还用于将核酸有效载荷输送到细胞中，以最小的毒性促进内质粒逃逸。 酯或酰胺接头可以被内源性酶切割，促进这些脂质在细胞摄取时的降解，而生物可还原二硫键的添加有助于促进细胞质中核酸货物的释放7,8。
然而，一些可电离的阳离子脂质具有免疫刺激作用，可以诱导免疫激活1。 虽然这可以作为佐剂，在某些方面（例如疫苗）是有益的，但在其他一些适应症中，这种效果并不理想。 随着时间的流逝，反复施用LNPs刺激的免疫反应会抑制蛋白质翻译，这是LNPs大规模应用蛋白质替代中需要克服的重大障碍**。
聚乙二醇脂质的使用也引起了对免疫原性的担忧1,9。 聚乙二醇化脂质可以防止免疫系统的松弛和清除，使LNP成为**制剂，从而保护LNP在体循环中不被迅速消除。 它们延长了LNP的半衰期，并有助于确保其安全递送至靶细胞。 然而，聚乙二醇化脂质会引起炎症反应并阻碍颗粒的吸收，这种现象被称为“聚乙二醇困境”9。 聚乙二醇化脂质可能具有免疫原性，导致聚乙二醇化超敏反应和抗聚乙二醇化脂质的产生，这与聚乙二醇化脂质的意图相反，并加速了 LNPs1 的血液清除。 聚乙二醇化脂质也是大而笨重的分子，虽然它们的目的是防止免疫系统吸收颗粒，但它们也可能在递送过程中抑制颗粒的摄取，从而限制药物递送到靶细胞10。
研究人员一直在探索降低免疫原性的新技术，并在LNP制剂中具有类似的活性。 聚肌氨酸 （PSAR） 是一种基于内源氨基酸的合成聚合物，有望取代 LNPs11 中的聚乙二醇化脂质。 用 PSAR 代替聚乙二醇化脂质配制的 LNP 已被证明具有高转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，而不会相应增加***。
LNP表面改性的靶标选择性。
选择性靶向组织、细胞甚至亚细胞特异性位点的 LNP 的开发是许多研发工作的重点。 靶向不仅扩大了LNP的应用范围，而且还减少了传统小分子等不需要的应用
利用基础生物学赋予的被动递送能力，一些靶点相对容易进入，而另一些靶点则更难进入，需要经过深思熟虑的主动靶向机制设计。 某些器官的结构有利于LNP的积累。 由于它们的体积小，LNP 可以很容易地通过上皮栅栏器官和/或接受高比例心输出量的器官，例如肝脏、脾脏和肺12-14。 一些研究人员已经找到了改变LNP脂质组成的方法，以进一步将LNP引导到这些器官。 调整 LNP 的净表面电荷以促进组织营养（具有正、中性和负净表面电荷的 LNP 分别针对肺、肝脏和脾脏）。 在传统的四组分 LNP 混合物中添加第五种脂质，即脂质分选分子，可以使用选择性器官靶向 （SORT） 方法进一步调节 LNP 递送15,16。 然而，除了肝、脾、肺之外，还有很多疾病。为了将 LNP 推向医学前沿，必须制定将 LNP 输送到任何地点的策略。
由于血脑屏障的存在，影响大脑的疾病是困难的**。 尽管体积小，但LNP不会被动地穿过血脑屏障。 一些研究人员没有与生物学作斗争，而是找到了巧妙的方法来利用它。 徐乔兵的实验室了解到神经递质是内源性分子，其中一些可以穿过血脑屏障，因此合成了基于色胺的新型脂质，色胺是许多神经递质共有的官能团17。 这些神经递质衍生的脂质，称为NT样脂质，允许原本不透水的LNP制剂穿过血脑屏障。
抗体介导的递送也可用于实现特异性细胞靶向。 用靶向特异性受体的抗体装饰LNP的表面是将LNP引导至靶细胞的一种有趣策略。 然而，蛋白质和脂质之间的化学偶联是困难的，并且将抗体锚定在LNP表面并维持其功能定位具有挑战性18。 锚定二级SCFV靶向（Asset）分子的靶向平台可以解决这些问题。 脂化单链可变片段 （SCFV） 很容易与 LNP 结合。 它们识别抗体的 Fc 区并结合，确保抗体的 FAB 与配体结合。 使用这种方法，可以使用大量的抗体-抗原配对，并且它可能被证明是靶向细胞特异性递送的多功能平台。
未来的脂质考虑。
LNP制剂中最大的悬而未决的问题之一是如何在不产生过多免疫原性的情况下提高LNP效力。 新型脂质的鉴定是许多研发工作的主题。 大量的可电离阳离子脂质是可用的，并且还在不断增加。 对可电离阳离子脂质的极性头部基团、接头基团和/或疏水尾部进行修饰将继续提高LNP的封装和转染效率，而不会影响生物相容性或生物降解性。
研究人员可能会发现正确设计新脂质是有益的。 一些研究人员可能会从内源性化合物中汲取灵感，例如开发PSAR功能化LNP和NT脂质的情况。 使用由内源性结构单元构建的 LNP 成分可以避免毒性，因为它们更容易生物降解或代谢为亲水性更强、毒性最小的内源性化合物。 事实上，一些研究人员已经开始探索外泌体——“自然界中的脂质纳米颗粒”——作为一种更具仿生性的核酸递送途径19。 其他人则希望利用现有化合物的特性来开发新的脂质。 该方法已被用于使用已知的收费受体样 （TLR） 激动剂的结构开发具有特殊佐剂活性的新脂质。 事实上，在传统的四组分LNP中加入佐剂脂质可以增强SARS-CoV-2 mRNA疫苗的细胞免疫反应，并且在小鼠中耐受性良好20。
我们正处于一个新时代的开始，在这个时代，LNP技术已经发展到可以实现曾经只是一个假设的地步。 这一领域的持续进展可能需要整合多种方法，以解决LNP目前的局限性，以及利用各种科学学科的广泛专业知识的协作研发工作，将LNP带到现代医学的前沿。
参考资料： 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).
关于开曼群岛：
Cayman Chemical 成立于 1980 年，在过去的 20 年里，一直为世界各地的科学家提供生化和免疫测定试剂和分析试剂盒，涉及广泛的研究领域，包括肿瘤学、一氧化氮、神经病学、细胞凋亡、氧化损伤、内分泌学等。
开曼化学可提供多种专用检测试剂盒，如：花生类化合物、游离生物标志物、环核苷、激素和氮氧化物等。 还提供多种高质量试剂，包括：类花生酸、一氧化氮试剂以及许多相关的脂质、脂肪酸、酶和抗体。
文章部分相关产品：