mRNA療法最近已成為各種臨床疾病治療領域的一個突出領域。早在 1978 年，mRNA 就已被用作遺傳物質通過脂質體遞送至細胞以誘導蛋白質表達[1]。自輝瑞-BioNTech 和 Moderna 兩種脂質納米顆粒-mRNA 疫苗在抗擊 covid-19 大流行方面取得顯著成功以來，這種方法已成為人們關注的焦點。由于 mRNA 的不穩定性，脂質納米顆粒在實現 mRNA 效應方面不可或缺的作用引起了科學家的關注。迄今為止，由膽固醇、磷酸脂質和聚乙二醇化脂質組成的脂質納米顆粒 (LNP) 是臨床上最先進的非瓶裝 mRNA 遞送平臺。LNP 因其能夠封裝和保護 mRNA 分子免于降解，同時促進其遞送到靶細胞中而引起了廣泛關注。然而，盡管LNP mRNA 療法前景光明，但要成功實現臨床轉化仍面臨諸多挑戰，例如：1. 特異性靶向非肌肉和非肝細胞;2. 擴大 LNP 規模時的質量控制;3. 安全問題

研究進展

LNP 作為一種新型藥物輸送系統，其增強 mRNA 治療效果的輸送能力已被證實。本綜述對當前基于 LNP mRNA 的療法的最新進展提供了寶貴的見解，并強調了將 mRNA 轉化為臨床治療方面仍未滿足的需求。這些包括優化 mRNA 療法的劑量、滿足化學、制造和控制 (CMC) 要求、確保安全性以及提高靶向效率以改善治療結果(圖 1)。

首先，作者對近十年來已發表的可電離脂質、膽固醇、磷脂和聚乙二醇化脂質進行了闡述和分類。可電離脂質的設計和合成原理遵循正電荷頭部(通常包含胺、胍和雜環基團)、連接子和疏水脂質尾的組合(圖2)

高通量合成可電離脂質是一種實現新型高效可電離脂質設計和篩選的化學方法。例如，Anderson博士和Langer團隊利用兩種可電離脂質A2-Iso5-2DC18和A12-Iso5-2DC18發現了顯著更高的細胞因子部分。通過從1080種可電離脂質中進行篩選，排名前兩位的可電離脂質在癌癥疫苗應用中顯示出激活STING免疫介導途徑的潛在能力(圖3)。

膽固醇和磷脂 在LNP的形成和靶向性方面起著重要作用。最近，Whitehead博士的研究小組通過增加LNP中磷脂的含量，實現了器官特異性遞送。他們將磷脂脂質的含量增加了10%至40%，以實現更高的脾臟靶向性。另一方面，他們還發現帶負電荷的磷脂傾向于靶向脾臟，而帶正電荷的輔助脂質傾向于靶向肺臟(圖4)。

此外，科學家還通過改變LNP的凈電荷實現了器官選擇性靶向。例如，Siegwart博士的研究小組研究了添加第五種化合物，通過將LNP與18PA和DOTAP配制，實現了肝臟、脾臟和肺臟的選擇性靶向(圖5)。

除了闡明 LNP 在化學修飾過程中發展和形成的復雜性外，該綜述還強調了通過表面修飾增強 LNP-mRNA 遞送的替代策略。表面修飾的 LNP(例如包含聚乙二醇化脂質或配體介導的靶向部分的 LNP)已顯示出改善循環時間、減少非特異性相互作用和增強細胞攝取的潛力(圖 6)。

LNP在體內的清除和循環時間通常由PEG化脂質的含量和長度控制。PEG化LNP表面的策略已被廣泛用于穩定納米粒子并降低與血清蛋白的非特異性相互作用。然而，增加PEG的長度也會降低LNP與內體膜之間的融合，這被稱為“PEG困境”。PEG屏蔽是影響LNP生物分布效率的另一個因素。改變PEG的長度和含量會影響生物分子的電暈吸附，從而影響LNP的治療效率。

除了PEG化，在LNP表面結合配體或抗體是增加器官特異性靶向性的另一種策略。如圖7所示，4%的T細胞可以通過LNP在體內轉染，16%的CD3抗體結合在LNP表面。Rurik等人已經證實了抗體偶聯的LNP的治療效果。他們通過CD5抗體偶聯的LNP在Cre-loxP報告小鼠中實現了81.1%的脾臟CD4 + T細胞和75.6%的脾臟CD8 + T細胞報告蛋白表達。并且擴展了他們的研究，將表達FAPCAR的mRNA遞送到T細胞中以治療心臟損傷和纖維化(圖8)。

這些進步對于克服 LNP 介導的 mRNA 治療中存在的挑戰和推進這些創新治療方法的臨床轉化具有巨大的潛力。

LNP-mRNA 在體內表現的另一個方面仍不清楚。注射后，納米顆粒與蛋白質相互作用，形成電暈效應，將影響器官靶向性。不同的 LNP 會形成獨特的蛋白質電暈，靶向不同的組織。例如，ApoE 有助于肝臟靶向，玻璃粘蛋白增強腫瘤細胞介導的遞送，纖維蛋白原增強肺靶向性。電暈吸附與納米載體涂層和動力學密切相關。在 LNP 中，PEG 長度和烷基鏈影響表面化學和電暈，從而影響組織靶向性(圖 9)。

本文討論了當前擴大 LNP 規模以滿足制藥行業商業化生產標準所面臨的障礙。

儲存：商業化的LNP-mRNA疫苗需要低溫儲存和冷鏈運輸(-80°C)，這在一定程度上限制了其廣泛使用。因此，加入合適的冷凍保護劑并實現穩定的凍干或冷凍儲存對于mRNA療法的開發至關重要。

表征：普通實驗室中的傳統動態光散射 (DLS) 儀器無法滿足藥物生產對 LNP 大小、zeta 電位、多分散性指數 (PDI) 和包封率的嚴格標準。也沒有精確的方法來評估空 LNP 的比例。研究報告了一種基于多激光圓柱照明共聚焦光譜 (CICS) 的方法，用于在單個納米顆粒水平上檢測 LNP 制劑中的 mRNA 和脂質含量，這可以為商業化生產提供范例(圖 10)。

安全性：目前對LNPs在體內的吸收、分布、代謝和排泄(ADME)特性還缺乏深入研究，在mRNA治療的臨床轉化中，需要更大劑量的LNP-mRNA藥物，對生物安全性的要求更高。

盡管在臨床前研究中取得了進展，但 LNP mRNA 療法向臨床實踐的轉變仍遇到了一些障礙。雖然 mRNA 疫苗在 COVID-19 等傳染病中取得了成功，但它們在腫瘤學等其他治療領域的應用在臨床試驗中遇到了挫折。例如，Moderna 用于治療實體惡性腫瘤/淋巴瘤的 mRNA2752 在 I 期試驗(NCT03739931)中終止，這凸顯了需要進一步研究以解決臨床轉化的剩余障礙。