脂质纳米颗粒（LNPs）有望彻di改变现代医学。这项技术具有巨大的发展潜力，它可以超越传染病的范畴，到达曾经被认为无法用药的靶点，治疗几乎wu穷无尽的疾病。但这一领域仍处于起步阶段，要充分释放LNPs的潜力，还有许多挑战需要克服。

LNPs的用途

多年来，科学家们已经在简化细胞模型和培养瓶中证明了核酸疗法的潜力。然而，这些概念验证实验在现实生活中的应用更具挑战性，因为在生物体内施用这些疗法会增加其复杂性。LNPs使这些疗法的施用方式成为可能，既能防止它们在体内降解，又能将它们输送到靶点。

LNPs大大增加了寻找可药物靶点的机会。有了LNPs，就有可能超越传统的小分子疗法，转而采用基于核酸的疗法。有了正确的设计，就有可能设计出适用于疫苗接种、蛋白质替代疗法和治疗基因敲除的各种有效载荷的LNPs。

LNPs的局限性

基于mRNA的xin冠疫苗在某些方面简化了LNP的应用。这些疫苗的接种频率很低，一旦原有的保护作用开始减弱，就会注射加强针，而且肌肉注射的方式也很方便。虽然有效载荷的短暂性有助于通过强烈刺激免疫反应使基于mRNA的xin冠疫苗成为可能，但当需要产品的持久性时，传统mRNA-LNPs的短暂性就成了限制因素。

因此需要采用其他方法来实现有效的蛋白质替代。理论上讲，频繁服用LNPs可能会导致免疫反应和颗粒失活，不过自扩增RNA（saRNA）可能有助于延长给药间隔时间2。saRNA不仅能延长蛋白质表达的持续时间，还能使用较低剂量的RNA，从而减少不良反应。通过LNPs传递CRISPR/Cas9等基因编辑工具和相关的引导RNA可确保治疗变化的持久性，但也有伦理方面的考虑。研究人员正在积极研究如何改变LNPs的脂质成分以及添加特定的靶向配体，以解决这些问题，但仍有许多工作要做1,3,4。

LNP安全性和有效性方面的进展

与传统药物一样，LNP的配制必须做到利大于弊。LNP必须在储存和体内转运过程中保持稳定，并避免被免疫系统检测到，以到达其作用靶点。也就是说，LNPs必须有足够长的体内半衰期，但其配方必须能快速、wan全地消除核酸有效载荷，避免在输送核酸有效载荷后产生有毒代谢物。

LNP由可电离阳离子脂质、辅助脂质、甾醇脂质和PEG化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效能的主要驱动力，但它们也与LNP的耐受性、免疫原性和细胞毒性交织在一起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。可电离的阳离子脂质含有在低pH值时获得的瞬时正电荷，利用这种电荷不仅能封装核酸有效载荷，还能将核酸有效载荷输送到细胞中，并在毒性最小的情况下促进内质体逸出。酯或酰胺连接基团可被内源酶裂解，从而促进这些脂质在细胞吸收时降解，而加入生物可还原的二硫键则有助于促进核酸货物在细胞质中释放7,8。

不过，一些可电离的阳离子脂类具有免疫刺激作用，其本身也能诱导免疫激活1。虽然这可以起到佐剂的作用，对疫苗等某些治疗方式有益，但在其他一些适应症中，这种作用就不那么理想了。重复给药LNPs所刺激的免疫反应会随着时间的推移抑制蛋白质的翻译，这是将LNPs大规模应用于蛋白质替代疗法需要克服的一个重大障碍。

使用聚乙二醇脂质也会引起对免疫原性的担忧1,9。聚乙二醇化脂类可防止免疫系统的疏松作用和清除作用，使LNP成为隐形制剂，从而保护LNP在全身循环中不被迅速清除。它们能延长LNP的半衰期，有助于确保将其安全送达靶细胞。然而，PEG化脂类会引起炎症反应并阻碍微粒的吸收，这种现象被称为“PEG困境”9。PEG化脂类可能具有免疫原性，导致PEG化过敏症和抗PEGIgM和IgG的产生，这与PEG化脂类的意图背道而驰，会加速LNPs的血液清除1。聚乙二醇化脂类也是又大又笨重的分子，虽然其目的是防止免疫系统摄取微粒，但也可能在递送过程中抑制微粒的摄取，从而限制向靶细胞递送治疗药物10。

研究人员一直在探索在LNP制剂中降低免疫原性并具有类似隐形活性的新技术。聚肌氨酸（pSAR）是一种基于内源性氨基酸的合成聚合物，有望在LNPs中替代PEG化脂类11。用pSAR替代PEG化脂类配制的LNPs已被证明具有很高的转染效率，而且免疫原性较低。因此，pSAR功能化LNPs有可能在不相应增加副作用的情况下提高LNP的效力。

LNP表面修饰的靶标选择性

开发可选择性靶向组织、细胞甚至亚细胞特异性位点的LNP是许多研发工作的重点。靶向疗法不仅能扩大LNP的应用范围，而且与传统的小分子疗法一样，还能减少不必要的副作用。

利用基础生物学所赋予的被动递送功能，一些靶点相对容易进入，而另一些则比较困难，需要经过深思熟虑设计的主动靶向机制。某些器官的结构有利于LNPs的积聚。由于体积小，LNPs很容易穿过上皮有栅栏的器官和/或接受高比例心输出量的器官，如肝、脾和肺12-14。一些研究人员找到了改变LNP脂质成分的方法，以进一步将LNP引导到这些器官。定制LNP的净表面电荷，以实现组织滋养（净表面电荷为正值、中性和负值的LNP可分别靶向肺、肝脏和脾脏）。在传统的四组份LNP混合物中加入第五种脂质，即脂质SORT分子，采用选择性器官靶向(SORT)方法可进一步调整LNP的递送15,16。然而，肝脏、脾脏和肺部以外的部位也会出现很多疾病。要将LNP推向医学的前沿，就必须制定战略，将LNP输送到任何部位。

由于血脑屏障的存在，影响大脑的疾病很难治疗。尽管LNPs体积很小，但它们不会被动地穿过血脑屏障。一些研究人员并没有与生物学作斗争，而是找到了利用生物学的巧妙方法。Qiaobing Xu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。这些源于神经递质的类脂质（称为NT类脂质）可以让原本不透脑的LNP制剂通过血脑屏障。

抗体介导的递送也可用于实现特异性细胞靶向。用针对特定受体的抗体装饰LNPs表面，是一种将LNPs引导到靶细胞的有趣策略。然而，蛋白质和脂质之间的化学共轭很困难，而且要将抗体锚定在LNP表面并保持其功能定位也很有挑战性18。利用锚定二级scFv靶向（ASSET）分子的靶向平台可以解决这些问题。脂质化的单链可变片段（scFv）很容易与LNPs结合。它们能识别抗体的Fc区并与之结合，确保抗体的Fab能与配体结合。使用这种方法可以利用大量的抗体-抗原配对，它可能被证明是靶向细胞特异性递送的多功能平台。

未来脂质的考虑因素

LNP制剂中最大的悬而未决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。目前有大量可离子化的阳离子脂质可供使用，而且其可用性和数量还在不断增加。对可离子化阳离子脂质的极性头部基团、连接基团和/或疏水尾部进行改性，将继续提高LNPs的封装和转染效率，同时不影响生物相容性或生物降解性。

研究人员可能会发现，合理设计新的脂质很有好处。有些研究人员可能会从内源化合物中获得灵感，就像开发pSAR功能化LNP和NT类脂一样。使用由内源性构件构建的LNP成分可以避免毒性，因为它们更容易生物降解或代谢成亲水性更好、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—“自然界的脂质纳米颗粒”--作为一种更具生物仿生性的核酸疗法递送途径19。还有一些人则希望利用现有化合物的特性来开发新的脂质。已经有人采用这种方法，利用已知的类收费受体（TLR）激动剂的结构，开发出具有特殊佐剂活性的新脂质。事实上，在传统的四组分LNP中加入佐剂类脂，可以增强SARS-CoV-2mRNA疫苗的细胞免疫反应，而且小鼠的耐受性良好20。

我们正处于一个新时代的开端，LNP技术已经发展到可以实现曾经只是假设的疗法的地步。要继续在这一领域取得进展，可能需要整合多种方法来解决LNP目前存在的局限性，并开展合作研发工作，汲取各科学学科的广泛专业知识，将LNP带到现代医学的前沿。

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关于Cayman

Cayman Chemical公司成立于1980年，在过去20年的发展中，一直向全球科学工作者提供多研究领域的生化、免疫试剂和分析试剂盒，其产品被广泛应用于肿瘤、氧化氮、神经学、凋亡、氧化性损伤、内分泌学等不同研究领域。

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