脂質(zhì)納米顆粒（LNP）是mRNA藥物常用的載體。目前，BioNTech/輝瑞和 Moderna的mRNA疫苗都采用LNP作為運輸載體，這是這些疫苗成功的關(guān)鍵要素之一。

LNP是一種多組分系統(tǒng)，通常由可電離脂質(zhì)或陽離子類脂質(zhì)化合物、輔助脂質(zhì)、膽固醇、保護劑聚乙二醇-脂質(zhì)共軛物組成。

LNP結(jié)構(gòu)組成：每種LNP都由4種輔料構(gòu)成，包括可電離脂質(zhì)（與mRNA結(jié)合，將其電荷由負電荷轉(zhuǎn)化為電中性，同時限制顆粒毒性）；另3種脂質(zhì)可以維持粒子的結(jié)構(gòu)并提高穩(wěn)定性（來源：Science）

LNP可將mRNA包裹在結(jié)構(gòu)內(nèi)部空腔中，這種結(jié)構(gòu)可以提高mRNA體內(nèi)穩(wěn)定性，有利于mRNA發(fā)揮作用。然而，制劑中的LNP載體是藥物注射后疼痛與炎癥等不良反應的主要誘因。此外，mRNA發(fā)揮作用必須經(jīng)過其翻譯出對應的蛋白質(zhì)實現(xiàn)，需要mRNA從顆粒中逃逸出來，然而，這對于細胞內(nèi)的LNP顆粒非常困難。最后，當溫度升高時，mRNA具有從LNP中解離的傾向，因此這種制劑必須低溫保存，這也限制了這種劑型在全球范圍內(nèi)的使用?？偨Y(jié)來說，盡管這種遞送技術(shù)的作用有目共睹，但還有很大的優(yōu)化空間。

溫哥華不列顛哥倫比亞大學（UBC）的生物化學家Pieter Cullis開創(chuàng)了LNP藥物遞送系統(tǒng)，他表示：“這種系統(tǒng)明顯很有前景，但是我們還需要提高LNP的性能，這是肯定的。” 2020年，Cullis創(chuàng)立了NanoVation Therapeutics，開發(fā)了利用LNP將核酸安全有效地輸送到各種組織的下一代平臺技術(shù)。

來源：NanoVation Therapeutics官網(wǎng)

目前，大型制藥巨頭和生物技術(shù)公司正在開發(fā)新一代LNP系統(tǒng)。新一代LNP技術(shù)遞送能力更強、副作用更少，可以幫助mRNA獲得更高的穩(wěn)定性并提高mRNA藥物的組織靶向能力。改進后的這種納米顆?？梢詭椭鹿诤推渌膊〉膍RNA疫苗實現(xiàn)更佳的疾病預防效果，同時也可以助力mRNA藥物發(fā)揮治療疾病的潛能。Philip Santangelo是佐治亞理工學院的生物醫(yī)學工程師，目前與多家mRNA公司合作過。他表示：“遞送方式的創(chuàng)新一定可以改變游戲規(guī)則。”

Cullis在大概20年前開發(fā)了首個LNP系統(tǒng)，將基因沉默藥物遞送至細胞內(nèi)。后來，他和同事設計了LNP系統(tǒng)中的4種脂質(zhì)成分，幫助mRNA進入細胞治療疾病。這種技術(shù)目前在疫苗中進一步擴大使用。RNA疫苗公司VaxEquity的聯(lián)合創(chuàng)始人，同時也是UBC生物工程師Anna Blakney表示：“這里面仍需要進行大量的優(yōu)化開發(fā)工作?！碑斦劦饺绾卫斫饧毎c納米顆粒相互作用時，她補充道：“這還是一個很大的問號?！?/p>

VaxEquity 是一家英國生物技術(shù)公司，開發(fā)下一代自擴增 RNA 和 mRNA疫苗（來源：VaxEquity官網(wǎng)）

3月24日，來自基因泰克的科學家研究了納米顆粒如何激活一條特定的炎癥通路，為這一問題找到了部分線索。白介素1（interleukin-1，IL-1）對提高身體免疫力至關(guān)重要，但是這種炎癥因子也可能誘發(fā)某些副作用。SM-102是一種可電離脂質(zhì)，與mRNA結(jié)合并將mRNA封裝于LNP內(nèi)部。實驗中，SM-102顯著激活了這種通路。Moderna的mRNA疫苗也是基于SM-102制備的，這可能是這種疫苗在發(fā)揮較強的防護作用的同時導致部分接種者感到惡心的原因。

基因泰克研究團隊沒有評估BioNTech /輝瑞mRNA疫苗中使用的類似的脂質(zhì)。而來自賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院的Mohamad-Gabriel Alameh測試了一種相關(guān)的脂質(zhì)分子。這種脂質(zhì)分子觸發(fā)了一系列炎癥分子，這其中既有促進療效的，也有導致不良反應的。目前，研究人員期望可以設計出激活有利的免疫反應，而不會過度刺激有害免疫通路的可電離脂質(zhì)。Alameh表示：“這并不簡單，但應該是可能的?！?/p>

AexeRNA Therapeutics利用專有的LNP遞送平臺技術(shù)AexLNP開發(fā)新型mRNA療法和疫苗（來源：AexeRNA官網(wǎng)）

Michael Buschmann與Alameh等人共同創(chuàng)立了AeceRNA Therapeutics。Buschmann曾于2021年帶領一個研究團隊，證明了LNP的電荷對疫苗非常重要。小鼠實驗中，負電荷不利于LNP停留在肌肉和淋巴結(jié)中引發(fā)預期的免疫反應；相反，負電荷的LNP傾向于在體內(nèi)廣泛分布，提高小鼠發(fā)燒、寒顫和其他不良反應的風險。

LNP遞送效率的主要影響因素之一是可電離脂質(zhì)的pKa。負電性LNP肌內(nèi)給藥后會在肝臟中出現(xiàn)更多的脫靶蓄積，這可以通過離子型脂質(zhì)和LNP的適當優(yōu)化改善（來源：Communications Biology）

為了減少LNP的電荷負載量，研究人員替換了具有不同化學性質(zhì)的可電離脂質(zhì)。根據(jù)去年在預印本平臺上發(fā)表的論文，這種新型LNP制備的新冠mRNA疫苗在小鼠體內(nèi)產(chǎn)生了相較于傳統(tǒng)遞送系統(tǒng)更多的保護性抗體，而且副作用更少。

一種多質(zhì)子可電離脂質(zhì)C24肌內(nèi)給藥可減少肝臟蓄積，提高編碼蛋白表達水平，增強病毒防御能力（來源：Research Square）

特拉維夫大學的生物化學家、疫苗遞送領域初創(chuàng)公司NeoVac的聯(lián)合創(chuàng)始人Dan Peer還開發(fā)了具有非典型結(jié)構(gòu)的新型可電離脂質(zhì)庫。在一項未公開發(fā)表的實驗中，這些新型可電離脂質(zhì)可以幫助mRNA疫苗產(chǎn)生較少的副作用，并且在室溫條件下的穩(wěn)定性更強。

目前，也有研究團隊致力于改善LNP的細胞攝取與內(nèi)涵體逃逸。內(nèi)涵體幫助LNP進入細胞，然而，大量的LNP被束縛在內(nèi)涵體內(nèi)，導致mRNA還沒有被釋放就被內(nèi)涵體破壞了。俄勒岡健康與科學大學的生物工程師Gaurav Sahay評論道：“有大量的RNA沒有發(fā)揮作用?！?/p>

和膽固醇一樣，可電離脂質(zhì)的形狀也可以影響LNP從內(nèi)涵體中逃逸的能力。Sahay及其同事于2020年報道了不同類型的膽固醇可以改善LNP從溶酶體逃逸的速率。Sahay成立了一家名為Enterx Biosciences的公司，致力于將這些發(fā)現(xiàn)商業(yè)化。

將C-24 烷基植物甾醇引入LNP（eLNP）可提高基因轉(zhuǎn)染能力。烷基鏈的長度、甾醇環(huán)的柔性與羥基極性是轉(zhuǎn)染能力的重要影響因素。相對于傳統(tǒng)的LNP的球形結(jié)構(gòu)，eLNP結(jié)構(gòu)呈多面體。eLNP細胞攝取和保留增強，從內(nèi)涵體中穩(wěn)定釋放的能力更大。（來源：Nature Communications）

賽諾菲已經(jīng)開始對特制的LNP進行頭對頭的臨床試驗。例如，在一項2021年啟動的一項試驗中，該公司評估了兩種遞送流感mRNA疫苗的LNP制劑。根據(jù)初步數(shù)據(jù)，賽諾菲mRNA卓越中心研究和生物標志物負責人Frank DeRosa在2021年12月的一次投資者活動中宣布，其中一種脂質(zhì)納米粒預防流感性能顯著，但在高劑量下也導致了更多的不良反應。

Arcturus Therapeutics是一家專注于RNA療法的公司，目前產(chǎn)品管線中有2個新冠疫苗分別進入臨床III期與II期，一項肝臟mRNA藥物進入臨床II期（來源：Arcturus官網(wǎng)）

而包括BioNTech和Arcturus Therapeutics在內(nèi)的其他公司已經(jīng)開始試圖從LNP中除去PEG。PEG在LNP可以起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，但近來有研究表明PEG與疫苗某些不良反應有關(guān)。與此同時，其他更多的公司則致力于優(yōu)化遞送mRNA的脂質(zhì)，拓寬mRNA應用場景，實現(xiàn)從預防到治療的跨越。輸注LNP后，這種納米顆粒往往傾向于分布到肝臟中。為了實現(xiàn)治療疾病，需要提高mRNA編碼糾正疾病的蛋白質(zhì)精準遞送到目標細胞或組織中的能力。

NanoVation Therapeutics的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Dominik Witzigmann表示：“LNP的遞送將成為擴展mRNA應用領域的關(guān)鍵?！?/p>

聚肌氨酸（pSar）是內(nèi)源性物質(zhì)肌氨酸的聚合物。利用pSar代替PEG實現(xiàn)減少LNP的聚集和體內(nèi)的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除作用，可提高RNA轉(zhuǎn)染效率，減少促炎因子釋放，降低補體活化（來源：ACS Applied NanoMaterials）

隨著mRNA新冠疫苗為BioNTech/輝瑞和 Moderna帶來的豐厚利潤，產(chǎn)業(yè)界對于LNP技術(shù)的關(guān)注度日益提高，與之相關(guān)的利益沖突也越來越多。Alnylam Pharmaceuticals開發(fā)的第一款以LNP遞送的一種基因沉默藥物于2018年獲批，用于治療一種罕見的神經(jīng)退行性疾病。Alnylam認為在其基礎專利中覆蓋了BioNTech/輝瑞和Moderna新冠疫苗中的脂質(zhì)成分權(quán)利要求。而Cullis創(chuàng)立的另一家加拿大公司Arbutus BioPharma也在向Moderna索取賠償，因為Arbutus聲稱Moderna侵犯了該公司一項由一定比例脂質(zhì)構(gòu)成LNP系統(tǒng)的專利。

不過，伊利諾伊大學法學院生物技術(shù)專利律師Jaco Sherkow認為，這些產(chǎn)權(quán)糾紛不會對LNP創(chuàng)新造成負面干擾，“這個領域有太多錢可以燒了?！?/p>