信使RNA（mRNA）是一种携带蛋白质信息的单链RNA，在对抗病毒大流行和恶性肿瘤方面发挥着越来越大的作用。尤其是在应对COVID-19大流行时，辉瑞/BioNTech和Moderna等脂质纳米颗粒mRNA疫苗的治疗效果已经得到临床实践的广泛验证。
尽管这些疫苗已经获得批准，但由于脂质纳米颗粒（LNPs）的成分和制备工艺复杂，储存条件恶劣，转染性能有限等原因，它们仍然存在一定的限制。最近的研究表明，只有不到5%的mRNA能够从溶酶体中逃逸并进入细胞质。因此，需要进一步改进LNPs的内体逃逸效率和生物安全性，以更好地利用mRNA的潜能。
2024年3月7日，浙江大学顾臻团队在期刊《ACS Nano》发表了一篇题为"Fluorinated Lipid Nanoparticles for Enhancing mRNA Delivery Efficiency"的研究文章，开发了一种通过氟化修饰PEG来改变LNP表面特性的策略。增强了LNP的细胞内化并促进溶酶体逃逸，从而提高了mRNA转染和表达的效率。
为了提高LNPs的内体逃逸效率和生物安全性，研究人员合成了氟化PEG-DSPE（FPD）以稳定地锚定在LNPs上，通过将4,4,4-三氟丁酸与PEG链末端进行酰胺缩合反应成功合成了FPD。然后，使用可电离脂质SM-102制备了不同FPD含量的LNPs。结果显示，随着FPD含量的增加，所有氟化LNPs都呈现出良好的球形形态，并且具有较高的包封率。
体外研究表明，在B16F10、HEK293T、DC2.4以及原代抗原呈递细胞如BMDC中，与非氟化LNP制剂(DSPE-PEG-LNP) 相比，FPD的引入可以提高eGFP mRNA在这些细胞系中的表达水平。
接下来，研究团队用不同的细胞内化抑制剂处理细胞，进一步研究了mRNA-F-LNP在细胞内化途径中的作用。结果发现，低温处理（4℃）、阿米洛利（Ami）和氯丙嗪（CPM）处理都可以限制细胞内化。这些结果表明FPD-F-LNPs主要通过膜流动性依赖、网格蛋白介导的内吞和巨胞饮途径进入细胞。
为了验证mRNA表达的增加是否与FPD-F-LNP的逃逸速率和数量有关，随后使用共聚焦显微镜观察了溶酶体和F-LNP在细胞中的定位情况。结果显示，处理4小时后，Cy5标记的DSPE-PEG-LNP几乎与溶酶体共定位，而大多数Cy5标记的FPD-F-LNP已经逃逸了溶酶体并均匀分布在细胞质中。
此外，通过流式MFI分析和4小时共焦图像显示，细胞中Cy5标记的FPD-F-LNP的强度比Cy5标记的DSPE-PEG-LNP高3.2倍。
随后对F-LNPs在小鼠体内的表达进行了研究，并与对照组和商业对照进行了比较。结果显示，FPD-F-LNPs处理小鼠的生物发光强度（BI）在监测的3小时后显著高于对照组。离体测量肝脏和脾脏的BI显示，与对照组相比，FPD-F-LNPs处理组的BI增加了约2.8倍和3.7倍，与商业对照组相比增加了约1.4倍和1.9倍。
此外，瘤内注射后，与非氟对照和商业对照相比，FPD-F-LNPs处理组的瘤内mRNA表达显著增加，分别增加了约3.8倍和1.7倍。此外，研究结果表明注射后mRNA主要滞留在肿瘤注射部位。
随后在小鼠体内验证了不同mRNA-LNP（每只小鼠0.15mg/kg，mRNA）的表达差异。结果显示，FPD-F-LNP的表达水平超过了非氟化对照。具体而言，大多数目标蛋白在肝脏和脾脏中表达，并且在肺部有轻微表达。
静脉注射后8小时，测量各器官的BI。与对照组相比，FPD-F-LNP处理组的肝脏、脾脏和肺中的荧光素酶表达分别增加了2.1倍、3.2倍和3.2倍。与商业制剂相比，FPD-F-LNPs处理组在肝脏、脾脏和肺中的mRNA表达强度也增加了约1.4倍、5.1倍和10.5倍。此外，与DSPE-PEG-LNPs和DMG-PEG-LNPs相比，FPD-F-LNPs的mRNA表达强度增强。
苏木精和伊红 (H&E) 染色评估了mRNA-F-LNP 的生物安全性。与体外结果一致，皮下或静脉注射后5天，与PBS组相比，注射部位的主要器官或皮肤未观察到明显的损伤或炎症，这表明FPD-F-LNPs具有良好的生物耐受性。
小结
总的来说，这项研究表明，在mRNA递送领域，氟化修饰是一种有效的策略来增强LNP的递送效率。通过氟化策略改变了LNP的表面性质，并合成了稳定锚定在LNPs上的氟化PEG-脂质。加入氟化修饰后，F-LNP表现出良好的形状结构和高包封率，并通过促进细胞摄取和溶酶体逃逸来增强mRNA的表达能力。
此外，针对不同的治疗适应症和预期效果，可以通过不同的给药途径应用基于mRNA的治疗，其中FPD-F-LNPs在肝脏或脾脏中的mRNA表达强度相对较高。虽然氟化改性已经被证实是一种有效的策略，但仍需要进一步的研究和验证，尤其是针对不同的脂质类型和特定细胞类型的递送效果。
（文章来源Biotech视界）
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