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【材料】冠状可生物降解脂质实现肺靶向mRNA递送和双模态肿瘤成像

X-MOL资讯 · 公众号 · · 2024-12-06 08:09

正文

基于信使RNA（mRNA）的创新疗法，具有产生任何一种或多种蛋白的潜能，在遗传病、感染性疾病及恶性肿瘤的治疗与预防领域展现出广泛的应用前景。然而，该疗法的高效实施，很大程度上依赖于安全且高效的递送载体，以保护mRNA免受血清核酸酶的降解。目前，脂质纳米颗粒（LNPs）是临床上最先进的非病毒mRNA递送平台，通常由可电离的氨基脂质、辅助磷脂、胆固醇和聚乙二醇（PEG）脂质组成。尽管LNPs在肝脏mRNA递送方面取得了显著成效，在全身范围内，特别是针对肝脏和脾脏以外的特定细胞实现mRNA的精准递送，仍是一项亟待攻克的技术挑战。

病毒感染、囊性纤维化和原发性纤毛运动障碍等多种肺部疾病，其发病机制与呼吸道上皮细胞的异常密切相关。因此，针对肺上皮细胞的精准细胞特异性靶向递送，对于促进mRNA疗法的进一步发展具有至关重要的作用。另一方面，肺癌是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，具有极高的患病率和致死率。诊疗性mRNA递送作为一种新兴的、高度精确的癌症治疗手段，能够同时实现疾病的检测与治疗。然而，这样一种可用于肺癌诊断与治疗的多功能可电离脂质，仍然处于尚待深入探索与开发的阶段。

图1. CBILs实现肺靶向mRNA高效递送与双模态肿瘤成像

近期， 南开大学 化学学院熊虎研究员课题组报道了一类创新的冠状可生物降解可电离脂质。该材料具有独特的冠状氨基头部能够与金属离子配位，不仅实现了可预测的肺选择性mRNA递送，而且通过结合顺磁性钆离子作为造影剂，成功运用核磁共振成像与生物发光成像的双模态技术照亮了肺部肿瘤，为肺癌的早期发现和诊断提供了有力支持。

要点在于：作者成功构建了一类新型的冠状可生物降解可电离子脂质（CBILs），通过巧妙运用金属配位化学原理，实现了精准且可预测的肺部选择性mRNA递送与双模态肺癌成像。在每种CBIL的结构中，均包含一个能够与锌离子（Zn²⁺）等多种金属离子形成稳定配位键的冠状氨基头部从而有效调控脂质纳米颗粒（LNPs）在生物体内的器官靶向特性。其中，Zn-9C-SCC-10 LNPs在系统性给药后，能够特异性地将mRNA递送至小鼠肺部。与添加了阳离子脂质（DOTAP）的DLin-MC3-DMA LNPs相比，Zn-9C-SCC-10 LNPs在肺部的mRNA递送效率提升了44.6倍，同时展示出更高的生物安全性。值得关注的是，在静脉注射0.2 mg/kg的Cre mRNA后，Zn-9C-SCC-10 LNPs展现出了卓越的基因编辑能力，在肺部上皮细胞和内皮细胞中的编辑效率分别高达43%和61%，这一性能远超当前最先进的LNPs。此外，通过引入顺磁性的钆离子，Gd-12C-SCC-10 LNPs不仅实现了对癌细胞mRNA的高效递送，还借助核磁共振与生物发光双模态成像技术，成功照亮了肺部肿瘤区域，为肺癌的早期发现与精准诊断提供了有力支持。这项开创性的研究工作，通过合理的设计材料结构，为构建可预测的LNPs开辟一条全新的道路，有望攻克向肺组织特定细胞递送mRNA这一重大挑战，展现出广阔的应用前景。

该研究成果近期发表在 Journal of the American Chemical Society 杂志上，文章第一作者为南开大学博士研究生 陈兆明 ，南开大学熊虎研究员为本文通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Crown-Like Biodegradable Lipids Enable Lung-Selective mRNA Delivery and Dual-Modal Tumor Imaging In Vivo

Zhaoming Chen, Yuexia Yang, Xinyu Qiu, Hao Zhou, Rui Wang, and Hu Xiong

J. Am. Chem. Soc ., 2024 , DOI: 10.1021/jacs.4c14500

导师介绍

熊虎

https://www.x-mol.com/groups/Xiong_Hu

【材料】冠状可生物降解脂质实现肺靶向mRNA递送和双模态肿瘤成像

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