背景
mRNA疗法凭借其无基因组整合风险、设计灵活性高的独特优势,成为疾病预防与治疗领域的研究热点,脂质纳米粒(LNPs)更是作为主流非病毒递送载体支撑多款新冠mRNA疫苗的成功上市。但传统LNP递送系统存在细胞内化耗时久(数小时甚至更长)以及未内化mRNA易降解等弊端,严重限制其在需要即时蛋白表达的急性重症疾病中的应用。
近期,南方科技大学团队在《Advanced Composites and Hybrid Materials》发表重磅研究,开发出磁响应脂质纳米粒(MrLNPs)平台,通过物理刺激与纳米载体的创新结合,实现mRNA体内外快速高效递送,无创磁刺激下体内递送效率较传统LNPs提升超33倍,为mRNA疗法的应用边界拓展提供全新解决方案。

期刊 Advanced Composites and Hybrid Materials
IF值 21.8
DOI 10.1007/s42114-026-01690-1
文章中论证MrLNPs体内外递送效果所用报告基因eGFP/Fluc/Gluc mRNA(R1013/R1016/R1011/R1018)、荧光素底物D-Luciferin (C3654)、基因编辑Cas9 mRNA(R1015)以及功能蛋白sFlt-1 mRNA定制均由APExBIO提供。
研究思路
磁纳米颗粒(MNPs)作为一类前沿纳米材料,可在外加磁场下实现载荷可控及快速递送,已被用于小分子、DNA以及siRNA等递送。基于此,研究团队提出核心假设:将磁珠通过非共价作用结合于LNP表面,利用磁场的物理驱动力,促进LNP在细胞表面的快速富集与膜穿透,缩短内化时间,并提升递送效率,同时保留LNP的生物相容性优势,并最终构建适用于急性疾病的快速mRNA递送平台MrLNPs。

图1 利用带负电Oligo(dT)₂₅磁珠与带正电LNPs的静电吸附作用形成MrLNPs复合物
核心实验数据
团队首先通过分步优化mRNA-磁珠质量比、混合方式和静置时间,确定最优制备条件为1:25的mRNA-磁珠比,剧烈吹打混合以及静置5分钟,这些条件下复合物形成快速且递送效率最优。

图2 MrLNPs制备参数的优化
传统LNPs需8小时才能实现有效转染,而MrLNPs在20分钟磁刺激下即可实现高效mRNA递送及蛋白表达(图3 a)。另外,团队测试HeLa、难转染THP-1单核细胞、NIH/3T3成纤维细胞以及MC38结肠癌细胞,MrLNPs均能显著提升eGFP mRNA表达(图4 f),证明广谱细胞适用性,且成功实现3D细胞球的穿透性转染(图4 g),解决实体组织模拟体系中递送难的问题。
MrLNPs同样展示出多核酸类型递送能力,团队分别递送报告基因mRNA(FLuc/GLuc)、功能蛋白mRNA(sFlt-1)、基因编辑Cas9 mRNA以及siRNA,显示Fluc mRNA递送后荧光强度提升6.6倍,sFlt-1蛋白表达提升5.3倍,CRISPR基因编辑效率显著提高(图4 b-e),siRNA基因沉默效率较LNPs提升26.7倍,证实可适配多种核酸疗法。

图3 MrLNPs介导的细胞内mRNA递送
传统LNPs的内化依赖网格蛋白、小凹蛋白和巨胞饮途径,且易被抑制剂阻断。使用对应抑制剂CPZ、MβCD、EIPA等处理后发现,MrLNPs在磁刺激下的内化受抑制剂影响显著降低(图4 a-b),磁驱动的表面富集成为主要内化方式,大幅缩短了内化时间。共聚焦成像显示,MrLNPs携带的Cy5-mRNA可有效从内溶酶体中逃逸并分布于细胞质,为mRNA的高效翻译提供保障,而游离mRNA和传统LNPs则大量滞留于内溶酶体中(图4 c),证实MrLNPs的高效内体逃逸优势。

图4 MrLNPs的细胞摄取及胞内转运机制
对C57BL/6小鼠腹腔注射负载Fluc mRNA的MrLNPs,并在腹部固定N42磁铁,按照0.15 mg kg⁻¹ mRNA剂量注射30分钟后,全身荧光信号较传统LNPs提升33.4倍。离体组织检测显示,肝脏、脾脏、胰腺的荧光信号分别提升20.5倍、44.3倍、33.8倍,即使是心脏、肾脏等难靶向器官,蛋白表达也平均提升2.4倍。而无磁刺激的MrLNPs(-)体内表现与传统LNPs无显著差异,证实磁刺激通过驱动载体在靶部位富集,促进细胞膜穿透实现效率提升。另外注射后24小时和7天的小鼠肝肾功能指标与空白组无显著差异,主要器官未见明显病理损伤,表明MrLNPs体内生物安全性优异。

图5 由MrLNPs介导的体内快速mRNA递送
小结
本研究成功构建磁性响应脂质纳米粒(MrLNPs)平台,解决传统LNPs在mRNA递送中速度慢、效率低的瓶颈问题。通过磁场引导,MrLNPs在20分钟内即可实现高效mRNA内化,体内递送效率较传统LNPs提升33倍以上,且具备良好的生物安全性,其快速递送特性为 mRNA疗法从慢性疾病、预防领域向急性重症治疗领域拓展奠定基础,结合磁引导的精准性,有望成为下一代mRNA疗法的核心递送载体,在临床转化中展现出巨大潜力。

.gif)


沪公网安备 31011002003500