LNPs 作為遞送系統(tǒng)
為了克服裸露的mRNA轉(zhuǎn)染的種種問題,已經(jīng)開發(fā)了保護性遞送系統(tǒng)
表一:
LNPs與脂質(zhì)體的不同之處在于微粒核中存在脂質(zhì),來自幾項研究的數(shù)據(jù)表明水也存在于微粒內(nèi)部某些空間
盡管mRNA-LNP 的共同特征是脂質(zhì)核
圖2 mRNA-LNP 的冷凍電鏡圖像顯示具有明顯不同電子密度的“囊泡"結(jié)構(gòu)
圖3 siRNA-LNP 和 mRNA-LNP 結(jié)構(gòu)的推測模型的示意圖 A:多層囊泡
;B:納米結(jié)構(gòu)核;C:均質(zhì)核殼mRNA疫苗所包封的mRNA會影響終LNP的結(jié)構(gòu):siRNA 在結(jié)構(gòu)和分子量大小上與 mRNA 有很大不同(表 2)并且N/P(可電離的陽離子脂質(zhì)與核苷酸磷酸鹽)摩爾比不同
,N/P摩爾比分別為3和6(表 1)。mRNA 至少比 siRNA 大 100 倍,這會影響 LNP 的結(jié)構(gòu)。此外,有跡象表明 mRNA 位于 LNP 的核,而siRNA 更靠近表面,mRNA 可以形成“囊泡"(圖 2)。LNP 囊泡部分的組成是一個有爭議的問題,在這種狀態(tài)時:“mRNA 可以從帶電的脂質(zhì)中解離,留在充滿溶劑的囊泡隔室中"。表2 mRNA 和siRNA分子之間的差異
mRNA-LNP不太可能是(圖 3A)的多層囊泡模型。它與mRNA-LNP的 TEM結(jié)果中電子致密核位置不對應
。目前,大多數(shù)研究人員認為 mRNA-LNP 貼近核殼模型(圖3 B和C),這意味著納米顆粒具有表面層和無定形的各向同性核。Viger-Gravel等,使用核磁共振光譜證明LNP結(jié)構(gòu)的兩種類型的是可能的。他們描述了一個被陽離子脂質(zhì)包圍(圖3B)的包含水孔的無定形核模型
。他們還假設中的脂質(zhì)可以均勻分散,中間有“小水球"(圖 3C)。后者(圖3B和C)跟siRNA-LNPs和mRNA-LNPs在實驗觀察到的結(jié)果更吻合。Arteta等人
,使用冷凍電鏡、小角 X 射線散射 (SAXS) 和小角度中子散射 (SANS) 測量 mRNA-LNP 結(jié)構(gòu)模型。他們發(fā)現(xiàn)DSPC和PEG化脂質(zhì)以及部分可電離的陽離子脂質(zhì)和膽固醇是位于LNP 的表面,可電離的陽離子脂質(zhì)、膽固醇(取決于其濃度)因此
,研究 mRNA 如何與 LNP 中的水和可電離的陽離子脂質(zhì)相互作用是一件很有趣的事。mRNA 是親水的,它可以通過靜電和氫鍵與可電離的陽離子脂質(zhì)相互作用(通常表觀pKa < 6.5)。這取決于 LNP 內(nèi)部的pH值,如果 LNP 外殼對質(zhì)子具有滲透性——這很可能,因為 2-(對甲苯胺基)-6-萘磺酸 (TNS) 和勞氏紫等離子化染料可以進入 LNP ,那么LNP內(nèi)部的pH值與制劑的其余部分應該相似,約為7 到 8,這意味著大多數(shù)可電離的陽離子脂質(zhì)將不帶電。然而,由于可電離的陽離子脂質(zhì)堆積在中
,它們可能表現(xiàn)出聚電解質(zhì)行為,導致 Henderson-Hasselbalch 方程的偏差,即滴定曲線的“拖尾"(脂質(zhì)膜內(nèi)的可電離脂質(zhì)的表觀pKa可能與實際值有較大偏差,這意味著pKa為6.5左右的可電離脂質(zhì)在脂質(zhì)膜內(nèi)的表觀pKa可能與理論值有1~2個pKa單位的偏差,所以pKa為6.5左右的可電離脂質(zhì)在pH值為7-8之間的脂膜內(nèi)時,依然有可能絕大部分呈現(xiàn)帶正電的狀態(tài),注:紅色斜體部分是對一些較復雜概念的進一步解讀,后同)。此外,mRNA 和可電離的陽離子脂質(zhì)之間的相互作用可能會影響電離行為。對于 siRNA,發(fā)現(xiàn)與可電離陽離子脂質(zhì)存在較弱的靜電相互作用
,這表明至少對于 siRNA-LNP 制劑,內(nèi)部的pH值接近或等于外部的pH值。對于 mRNA-LNP,尚未進行此類實驗研究。mRNA 和陽離子脂質(zhì)復合的分子動力學模擬研究證明了脂質(zhì)-脂質(zhì)簇和脂質(zhì)-mRNA 簇的形成。靜電力和氫鍵都在驅(qū)動陽離子脂質(zhì)和 mRNA 的相互作用。圖4 mRNA-LNPs中mRNA-水柱的示意圖
Arteta 等人的另一個有趣發(fā)現(xiàn)是他們的mRNA-LNP 的外殼是單層的
對各種 mRNA疫苗成分的分析表明
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