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这篇综述系统阐述了脂质纳米颗粒(LNPs)作为核酸递送载体的前沿进展,重点解析了其四组分结构(可电离脂质、PEG-脂质、磷脂、胆固醇)的协同作用机制,对比了微流控等制备技术的优劣,并展望了在mRNA疫苗、基因编辑(CRISPR-Cas9)和癌症免疫治疗(如CAR-T)等领域的转化潜力,为核酸药物开发提供了关键理论支撑和技术路线参考。
脂质纳米颗粒:解锁核酸药物的智能钥匙
引言
核酸药物正掀起生物医药的革命浪潮,但其脆弱性、负电性和大分子量成为递送瓶颈。传统病毒载体存在免疫原性强、装载量受限等缺陷,而脂质纳米颗粒(LNPs)凭借高效封装、细胞摄取和内涵体逃逸能力,成为非病毒载体的领跑者。从新冠mRNA疫苗(如mRNA-1273)到首个siRNA药物Patisiran,LNPs已证明其临床价值。
精妙的分子设计:四组分交响曲
可电离脂质 作为“指挥家”,其pKa值(6.2-6.5)决定质子化行为:在酸性内涵体中带正电促进核酸释放,生理pH下保持中性降低毒性。FDA批准的MC3(用于hATTR)和SM-102(新冠疫苗)印证了结构优化的重要性。Han团队创新性将可电离脂质分为五类:多尾型(如cKK-E12)、可降解型(如L319),并通过AI加速筛选新型变体。
磷脂 扮演“建筑师”角色:DSPC增强稳定性(用于BNT162b2疫苗),DOPE促进膜融合(形成HII相)。有趣的是,Zhang团队发现DOPE偏好肝脏靶向,而DSPC倾向脾脏富集。
胆固醇 是“混凝土”,占比通常达50%,能提高膜致密度。但Liu团队突破性发现,去除胆固醇可破解肝靶向桎梏,实现脾脏特异性递送。
PEG-脂质 作为“隐形斗篷”,延长循环时间,但反复给药可能引发加速血液清除(ABC)效应。Kang团队开发的聚肌氨酸(pSar)脂质展现出替代潜力。
制造工艺:从移液管到工业级微流控
实验室常用移液混合法快速但重现性差,而微流控技术通过精密流体控制(如交错鲱骨混合器SHM)实现均一粒径(20-100 nm)。Shepherd团队开发的256通道并行系统,将通量提升100倍,满足mRNA-1769(抗猴痘疫苗)等工业化需求。冲击射流混合(IJM)技术更被辉瑞用于新冠疫苗量产。
疾病治疗的颠覆性应用
癌症:
传染病:
遗传病:
未来:智能设计与精准医疗
AI平台如AGILE能预测最优脂质结构,而高通量测序助力肿瘤新抗原筛选。可降解支链脂质(如Han团队的DB-LNPs)和器官靶向技术(如脾脏选择性SORT)将推动下一代核酸药物诞生。从传染病防控到遗传病根治,LNPs正重塑现代医学的疆界。
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