这篇Nature Chemical Engineering，致谢ChatGPT！

奇物论 · 公众号 · · 2024-12-26 21:53

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在现代医学中，寡核苷酸治疗药物（ONTs）以其独特的基因水平调节能力，为曾经被认为是“不可成药”的疾病提供了新的治疗希望。然而，如何将这些药物有效递送到肝脏以外的组织，仍是限制其临床应用的关键挑战。

近日， 得克萨斯大学奥斯汀分 Devleena Samanta和葛兰素史克（GSK）公司的Sasha B. Ebrahimi等人在Nature Chemical Engineering 上发表的综述文章，为我们揭开了化学工程在扩展ONTs应用中的关键角色，并探讨了从实验室到临床的转化过程中所面临的分子和过程工程挑战。

有意思的是， 作者在致谢中表示使用OpenAI的ChatGPT对论文进行校对。

寡核苷酸治疗药物，包括反义寡核苷酸（ASOs）、小干扰RNA（siRNAs）和微小RNA调节剂等，通过与信使RNA或非编码RNA配对，调节目标蛋白的产生。这种机制为治疗高达85%的人类蛋白质组提供了可能，这些蛋白质组传统上难以用小分子和蛋白为基础的治疗方法成药。随着2023年第二十个ONT获得监管批准，市场规模接近600亿美元，ONTs的快速发展标志着一个新时代的到来。

尽管ONTs在治疗肝病方面取得了显著进展，但其在系统注射后对肝脏的倾向性限制了它们在更广泛治疗领域的应用。2021年FDA批准的inclisiran标志着ONTs可以治疗动脉粥样硬化性心血管疾病等常见疾病，但inclisiran仍然是肝脏靶向的，这突显了开发能够作用于肝外疾病途径的ONTs的必要性。

图广泛的生物分子工程策略和工艺设计的考虑因素以及由此产生的结构的API/药物产品属性

1. 生物分子工程策略

为了克服这些障碍，需要创新的工程解决方案。化学工程可以通过多种生物分子工程策略来扩展寡核苷酸的治疗范围，包括化学结构的修饰、靶向配体的连接和配方的改进。这些策略通过改善ONTs的稳定性、组织靶向性、药代动力学和药效学，从而增强其治疗潜力。

1.1 化学修饰

FDA批准的所有ONTs都包含一种或多种化学修饰，这些修饰提高了ONTs对核酸酶降解的抵抗力，增加了血清蛋白的结合，从而延长了循环时间，并提高了细胞摄取量。然而，这些修饰可能会相互影响，例如，提高细胞通透性和核酸酶稳定性的修饰可能会降低与互补序列的杂交熔解温度，从而可能削弱治疗效果。

1.2 靶向配体

通过连接靶向配体，可以显著增加ONTs对特定细胞类型或器官的递送，通常增加十倍以上。 理想的受体应该对目标器官具有高度特异性，表达量足够高，并能从细胞表面内化，以促进结合分子的进入。目前，已有六种批准的ONTs包含靶向配体，例如使用GalNac靶向肝细胞的givosiran。

1.3 纳米制剂

纳米制剂是另一种改善ONTs生物学属性的策略。纳米材料可以保护货物免受核酸酶降解，增强循环时间，并促进内体逃逸。 例如，球形核酸（SNAs）可以大量进入细胞，并与互补核酸结合，亲和力高达100倍。这些制剂还可以设计为显示广泛的组织分布，并促进高细胞摄取。

图|增强寡核苷酸性质的生物分子工程策略综述

2. 过程工程考虑

随着寡核苷酸递送到难以触及的组织的能力不断提高，也需要更大的生产规模。 生产ONTs的规模因疾病流行率、药物是否针对整个患者群体或只有特定突变的亚组、竞争药物的存在以及药物的效力等多种因素而异。例如，用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD）患者的viltolarsen，由于其针对特定遗传突变，生产规模相对较小。然而，随着ONT市场扩大，提高全球制造能力和降低生产成本变得至关重要。

2.1 合成

制造ONTs的主要方法是使用自动合成器进行固相寡核苷酸合成（SPOS）。SPOS因其速度、一致性和高耦合效率而受到青睐。然而， SPOS的规模限制在每批<10公斤，这限制了其在大规模生产中的应用。因此，人们开始探索液相寡核苷酸合成（LPOS）和酶促合成等替代方法。

2.2 活性药物成分的合成后处理

合成后，寡核苷酸通常使用色谱分离进行纯化，以去除失败序列。然后，样品可以浓缩并使用超滤/透析（UF/DF）进行缓冲/盐交换。对于热敏感修饰的ONTs，如抗体缀合物，蒸馏不是一个可行的选择，因为该过程涉及高温。

药物产品（DP）的制造基于API的呈现和期望的最终结构。关键属性包括结构异质性、稳定性和粘度。异质性是最终DP的一个重要考虑因素，因为结构变体可能具有不同的生物活性。稳定性对确保临床可转化的货架期至关重要。粘度是ONTs配方的一个关键参数，因为大多数ONTs都是通过注射递送的。

图|合成寡核苷酸API和DP配方的工艺流程图

这篇Nature Chemical Engineering，致谢ChatGPT！

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