无需pH转换！蓝鹊生物公开自研三组分mRNA递送系统“iPLX”
来源：mRNA国际创新中心
排版：Vergil
目前，mRNA疫苗最常用的仍是脂质纳米颗粒（LNP）递送系统。LNP通常包含四个组分：可电离脂、磷脂、胆固醇和PEG脂质。可电离脂质是LNP有效的关键，决定药物的靶向和胞质转运，后三者决定LNP的结构和稳定性。其中，可电离脂质的优化是研究热点，研究人员已通过多途径的高通量筛选建立大量可电离脂质文库。此外，为了提升LNP的靶向或者效率，其组分也愈发复杂，如引入第五组分的SORT-LNP技术等。而给LNP做减法一直是递送领域的难点，如何在简化组分的同时维持纳米颗粒的稳定性和递送效率具有很大的挑战性。
一般认为，pH值的变化会显著改变LNP颗粒的内部结构。pH升高后，可电离脂质失去正电荷，继而与mRNA的相互作用减弱，可能导致可电离脂质的聚集，形成一个类似油滴的分离相。这种结构变化将mRNA推向LNP的外缘，此时，磷脂成分就对维持mRNA的封装起到至关重要。
研究发现，当采用DSPC做为磷脂组分，DSPC磷脂有很强的倾向形成脂质双层结构。LNP在受到压力扰动或长期储存下DSPC会重排而在LNP表面长出泡状结构，此时mRNA也会释放到泡状空间。当把pH值调回酸性，可电离脂质重新获得正电荷时，mRNA会被重新吸收到脂质核中。这种动态过程突显了离子静电相互作用在维持LNP稳定性中的关键作用。
2023年10月13日，蓝鹊生物在预印本bioRxiv上在线发表了题为“Dual Ethanolamine Head Groups in Ionizable Lipids Facilitate Phospholipid-free Stable Nanoparticle Formulation for Augmented and Safer mRNA Delivery”的研究成果。在本文中蓝鹊生物首次公开了其引入双乙醇胺头基团可电离脂质构建的全新三组分mRNA递送系统配方。该配方不含辅助脂质，在中性pH条件下即可完成mRNA包封并形成脂纳米颗粒。为区别传统的四组分LNP配方，蓝鹊生物将新型脂纳米颗粒命名为iPLX。
独特的三组分配方
研究团队通过引入双乙醇胺头基团来增强可电离脂和mRNA的相互作用，并得到了先导化合物LQ-3。在使用传统配方比例时，LQ-3纳米颗粒的整体mRNA递送效率与具有单个乙醇胺头基团的脂质如SM-102相当。
一般而言，使用SM-102阳离子脂质的LNP，其磷脂成分不可或缺，对维持LNP的稳定结构非常重要。在不含磷脂的情况下，SM-102形成的颗粒非常脆弱，一次冻融即发生崩解，导致mRNA的释放。但在研究人员进一步优化纳米颗粒配方时，发现了一个有趣的现象：被认为起稳定作用的磷脂成分和LQ-3却并不相容。磷脂的引入不仅降低了LQ-3的递送效率，还降低了脂质纳米颗粒的稳定性。由于两种脂质尾部结构类似，这种差异可能是由于头部基团与mRNA的相互作用能力不同导致的。
研究人员进一步测试了在酸性和中性条件下，将LQ-3和SM-102分别和mRNA直接混合来对比与mRNA的相互作用差异。结果发现，SM-102即使在酸性条件下也只能结合约50%的mRNA, 而LQ-3无论在酸性或中性条件下都能结合多达95%以上的mRNA，说明LQ-3分子具有超强的mRNA结合能力，而且这种结合很大程度上依赖非离子类的相互作用。利用分子动力学模拟也验证了这一发现，LQ-3和mRNA形成了众多的氢键和范德华力相互作用，可将mRNA吸附到脂球表面，以非pH依赖的形式也能稳定保护mRNA分子。
根据这一新发现的特性，研究人员在中性条件下测试了LQ-3、胆固醇和PEG脂三组分包封mRNA形成纳米颗粒的能力，发现与酸性条件下的混合包封没有区别，LQ-3的非离子静电相互作用同样能与mRNA形成稳定复合物，只需胆固醇即可。这意味着在纳米颗粒生产过程中，无需进行pH的调整，有望避免LNP在pH转换过程中的聚集问题。
经体内筛选优化后，研究团队采用了45% LQ-3，53%胆固醇和2%的DMG-PEG2k构建了无磷脂iPLX递送系统。在此基础上，蓝鹊生物进一步研究了使用iPLX递送系统开发mRNA疫苗的潜力。以多价新冠mRNA疫苗为例，LQ-3 iPLX和SM-102 LNP展现出同等的诱导体液免疫和细胞免疫的能力，同时毒理研究表明，LQ-3 iPLX诱导的系统性炎症因子IL-6和TNF-α显著弱于SM-102 LNP，这有望进一步提高mRNA疫苗的安全性。
值得关注的是，iPLX在多方面展示了优异的递送特性：
iPLX配方在中性pH条件下即可完成mRNA包封并形成脂纳米颗粒，而不必采用LNP所需的酸性包封环境，这得益于这类新脂质分子与mRNA之间更强的非离子键作用；
iPLX纳米颗粒展现了优异的颗粒稳定性和mRNA包封效率，包封率可达98%，并保持了高效的递送效能；同时，得益于磷脂组分的去除，iPLX还解决了传统LNP纳米颗粒常见的“冒泡”问题；
iPLX具有优异的递送效率和安全性；用其作为递送的mRNA疫苗可以诱发出显著的体液和细胞免疫；同时与现有的LNP递送系统相比，iPLX对系统性炎症因子的诱导也显著降低，进一步提高了疫苗的安全性。
总结
三组分iPLX递送系统的发现表明，可以通过调节离子化脂质和mRNA之间的非离子相互作用，呈现与现有理解的范式显著不同的脂质纳米颗粒形成动力学，为mRNA递送系统领域内的脂质优化提供了新的方向。同时，iPLX在脂质分子结构和配方上都有效的规避了现行脂质递送专利，实现了mRNA递送领域真正意义上的底层突破。
参考资料
[1]https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.13.562139v1
E.N.D
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