納米藥物制備系統(tǒng)

PEG化脂質(zhì)在mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒制劑中的體外與體內(nèi)遞送作用研究

時間：2025/2/19閱讀：444

“mRNA加載的脂質(zhì)納米顆粒（mRNA-LNPs）在疾病的治療和預(yù)防方面展現(xiàn)出巨大潛力。LNPs通常由四種脂質(zhì)組成，包括可離子化脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、膽固醇和PEG化脂質(zhì)（PEG-脂質(zhì)）。盡管PEG-脂質(zhì)含量最小，但它在mRNA-LNPs的有效遞送中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本研究探討了PEG-脂質(zhì)含量、脂質(zhì)尾部長度和PEG與脂質(zhì)之間的化學(xué)連接如何影響mRNA/LNP的性質(zhì)。"

PEG化脂質(zhì)在mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒制劑中的體外與體內(nèi)遞送作用研究

圖一、流程示意圖

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材料與方法

LNP制劑的制備：本研究使用了一系列不同的PEG-脂質(zhì)，包括不同尾部長度（C8、C14、C16、C18）和化學(xué)連接鍵的PEG-脂質(zhì)，與可離子化脂質(zhì)ALC-0315、輔助脂質(zhì)DSPC和膽固醇結(jié)合，通過手動和微流體混合技術(shù)制備LNPs。
體外轉(zhuǎn)染效率評估：使用HepG2和A549細胞系評估不同PEG-脂質(zhì)含量、尾部長度和化學(xué)連接鍵對mRNA轉(zhuǎn)染效率的影響。
體內(nèi)免疫原性評估：在小鼠模型中評估了不同PEG-脂質(zhì)組成的LNPs的免疫原性，通過檢測抗體產(chǎn)生和細胞免疫反應(yīng)來評估疫苗的有效性。

PEG化脂質(zhì)在mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒制劑中的體外與體內(nèi)遞送作用研究

圖二、化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

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結(jié)果

2.1 PEG-脂質(zhì)含量對mRNA-LNPs的影響：

封裝效率：研究結(jié)果顯示，當PEG-脂質(zhì)的摩爾含量超過3.0%時，通過手工混合制備的mRNA-LNPs中mRNA的封裝效率顯著降低。這可能是由于PEG-脂質(zhì)含量的增加導(dǎo)致LNP結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，進而影響了mRNA的封裝。

mRNA翻譯效率：此外，PEG-脂質(zhì)含量的增加還顯著降低了mRNA的翻譯效率。這可能與PEG-脂質(zhì)在LNP表面的密集排列有關(guān)，該排列可能阻礙了mRNA從LNP中的有效釋放和隨后的細胞攝取。

PEG化脂質(zhì)在mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒制劑中的體外與體內(nèi)遞送作用研究

圖三、不同PEG含量對mRNA/LNP包封率的影響

PEG化脂質(zhì)在mRNA疫苗脂質(zhì)納米顆粒制劑中的體外與體內(nèi)遞送作用研究

圖四、不同PEG含量對mRNA/LNP在HepG2細胞轉(zhuǎn)染的影響

2.2 脂質(zhì)尾部長度對mRNA-LNPs的影響：

體外轉(zhuǎn)染效率：在評估脂質(zhì)尾部長度對mRNA-LNPs體外轉(zhuǎn)染效率的影響時，發(fā)現(xiàn)具有較短脂質(zhì)尾部長度的PEG-脂質(zhì)在HepG2細胞中產(chǎn)生了顯著更高的發(fā)光強度。具體而言，與C16-Ceramide-PEG相比，C8-Ceramide-PEG在1.6%摩爾含量下表現(xiàn)出6.21倍的發(fā)光強度增加。這一結(jié)果表明，較短尾部長度的PEG-脂質(zhì)更有利于mRNA的體外遞送和表達。

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圖五、不同PEG長度對mRNA/LNP在HepG2細胞轉(zhuǎn)染的影響

體內(nèi)蛋白表達：在體內(nèi)實驗中，也觀察到了脂質(zhì)尾部長度對mRNA-LNPs蛋白表達水平的影響。使用C8-Ceramide-PEG制備的LNPs在皮下注射后產(chǎn)生了與ALC-0159和C16-Ceramide-PEG LNPs相當?shù)牡鞍妆磉_水平，進一步證實了較短尾部長度PEG-脂質(zhì)在體內(nèi)遞送mRNA方面的有效性。

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圖六、不同PEG長度對mRNA/LNP體內(nèi)表達的影響

2.3 化學(xué)連接對mRNA-LNPs的影響：

與脂質(zhì)尾部長度和PEG-脂質(zhì)含量相比，PEG與脂質(zhì)之間的化學(xué)連接對mRNA-LNPs的理化性質(zhì)和翻譯效率影響較小。在本研究中，不同化學(xué)連接的PEG-脂質(zhì)（如酯鍵、氨基甲酸酯鍵等）在制備的LNPs中未觀察到顯著差異。然而，值得注意的是，這種影響可能因PEG-脂質(zhì)的種類和實驗條件而異，因此在未來的研究中仍需進一步探討。

2.4 LNP的穩(wěn)定性和免疫原性：

穩(wěn)定性：研究發(fā)現(xiàn)，C8-Ceramide-PEG具有較短的脂質(zhì)尾部，可能影響mRNA-LNPs的血清穩(wěn)定性。然而，在48小時的孵育期間，所有測試的LNP制劑均保持了相對穩(wěn)定的粒徑和封裝效率。

免疫原性：PEG-脂質(zhì)的脂質(zhì)尾部長度還顯著影響了抗PEG抗體的誘導(dǎo)。具體而言，使用較短尾部長度的PEG-脂質(zhì)制備的LNPs在誘導(dǎo)抗PEG IgM和IgG抗體方面表現(xiàn)出較低的水平。這一發(fā)現(xiàn)對于降低mRNA疫苗的免疫原性和提高安全性具有重要意義。

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圖七、不同PEG種類對mRNA/LNP免疫原性的影響

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討論

本研究結(jié)果揭示了PEG-脂質(zhì)在mRNA-LNPs遞送系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。PEG-脂質(zhì)的含量、脂質(zhì)尾部長度和化學(xué)連接鍵均會影響LNPs的性質(zhì)和遞送效率。為了優(yōu)化mRNA疫苗的遞送系統(tǒng)，需要仔細選擇PEG-脂質(zhì)的組成和制備條件。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)PEG-脂質(zhì)的免疫原性是一個需要關(guān)注的問題，特別是在長期或重復(fù)給藥的情況下。未來的研究應(yīng)進一步探討如何降低PEG-脂質(zhì)的免疫原性，以提高mRNA疫苗的安全性和有效性。

參考文獻：Zhang L, Seow B Y L, Bae K H, et al. Role of PEGylated lipid in lipid nanoparticle formulation for in vitro and in vivo delivery of mRNA vaccines[J]. Journal of Controlled Release, 2025, 380: 108-124.

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