导读：位于骨髓中的患病造血干细胞是导致血液和免疫紊乱的主要原因，因此，骨被认为是干细胞疗法治愈多种疾病的关键靶点。mRNA技术有望替代骨髓移植、造血干细胞移植，具有广泛的应用前景。mRNA造血干细胞疗法面临的首要挑战是靶向递送难题。
脂质纳米颗粒 （LNP）是当前最先进的非病毒递送载体，已成功应用于商业化的RNA疫苗/药物品种，在临床阶段药物中也广泛使用。本期文章菌菌汇总了骨靶向LNP的开发进展，包括造血干细胞靶向递送系统CD117 Ab/LNP、骨微环境靶向递送系统BP-LNP、以及基于微球-LNP的骨平衡修复微载体 （BHRC）。
随着LNP这一前沿的非病毒递送载体的技术发展，开发靶向性LNP将目标RNA递送至体内造血干细胞、实现原位干细胞疗法是一种相当有潜力的治疗策略。
2023年，Nano Letters 和Science先后发表抗体偶联LNP（Ab-LNP）策略将mRNA靶向递送至造血干细胞的研究成果，作者分别为麻省理工学院Daniel G. Anderson团队、费城儿童医院Stefano Rivella合作宾夕法尼亚大学Hamideh Parhiz团队。两项研究都选择了CD117作为体内干细胞的标志物，使用了CD117抗体偶联LNP。
两项研究的不同点在于，Anderson团队使用Ab-LNP递送Cre重组酶mRNA，验证了递送系统的靶向性。他们成功将Cre重组酶mRNA递送至造血干细胞和祖细胞（HSPC），实现了90%细胞的基因编辑。结果还显示，编辑后的细胞保留其干细胞特性和功能。
而Rivella团队不仅利用Cre重组酶mRNA验证了 CD117 Ab-LNP的特异性靶向，还进一步尝试了CD117 Ab-LNP用于递送治疗性mRNA的潜力。他们使用Ab-LNP递送促凋亡蛋白mRNA（PUMA mRNA），证明了CD117/LNP-PUMA能够促进造血干细胞的消耗。他们还使用Ab-LNP共递送编码 Cas9 腺嘌呤碱基编辑器（ABE）融合蛋白的mRNA、以及靶向β型镰状细胞球蛋白致病突变的sgRNA，在体外成功编辑了造血干细胞，修复了靶基因致病突变。
图示 造血干细胞靶向递送系统CD117 Ab/LNP
由于多种生物障碍，例如骨骼血流量低、血-骨髓屏障以及药物与骨矿物质之间的低亲和力，药物的骨骼微环境递送是一个重大挑战。
2022年，宾大Mitchell和Weissman团队构建了一系列对骨矿物质具有高亲和力的双膦酸盐 （BP） 脂质样材料，用来将mRNA治疗药物有效地递送到体内骨骼微环境。
研究人员对配制成 LNP 的 BP 脂质样材料进行体外筛选后，确定了一种候选 BP-LNP 制剂 490BP-C14。经小鼠体内研究表明，与不含 BP的 490-C14 LNP相比，490BP-C14在小鼠骨微环境中的mRNA表达和定位增强。经静脉给药后，BP-LNP增强了治疗性骨形态发生蛋白 2 （BMP-2） mRNA的靶向递送和分泌。
这些结果证明了BP-LNP递送到骨微环境的潜力，可能用于一系列mRNA治疗应用，包括再生医学、蛋白质替代和基因编辑疗法。
图示 骨微环境靶向递送系统BP-LNP
成骨细胞-破骨细胞（OB-OC）的平衡对于骨修复至关重要。泛素特异性蛋白酶 26 （USP26）能够独立调节 β-catenin 和 Iκb-α 进而协调 OB-OC间的相互影响，因此是骨质疏松治疗的重要靶点。
2024年8月，瑞金医院/上海市伤骨科研究所邓廉夫教授团队开发了一种微球-LNP递送系统，评估了其对USP26 mRNA的递送效率。他们构建了骨平衡修复微载体（BHRC），在 MMPs 响应型 GelMA 水凝胶微球中包封了 Usp26 mRNA -LNP。
结果表明，mRNA-LNP表现出均匀的粒径和高转染效率，而GelMA水凝胶微球具有出色的生物相容性和MMP响应性，提供了良好的细胞存活空间和可控的mRNA-LNP释放。释放的LNP有效上调USP26蛋白表达，有效促进成骨，同时抑制破骨细胞形成。体内实验表明，将 BHRC 注射到骨质疏松大鼠椎间盘缺损部位，通过响应微环境和调节细胞间相关作用，显著促进尾椎融合。
图示 基于微球-LNP的骨平衡修复微载体 （BHRC）
本篇文章汇总了骨靶向LNP的开发进展，包括造血干细胞靶向递送系统CD117 Ab/LNP、骨微环境靶向递送系统BP-LNP、以及微球/LNP-mRNA的骨平衡修复微载体 （BHRC）。这一主题的深入研究有望推动mRNA再生医学、蛋白质替代、造血干细胞疗法和基因编辑疗法的应用。
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