Einführung

Lipid -Nanopartikel (LNPs) repräsentieren die kerntechnologische Plattform für die mRNA -Arzneimittelabgabe und ermöglichen einen effizienten Nukleinsäuretransport durch Nachahmung von Zellmembranstrukturen Dieser Artikel enthält eine professionelle Analyse der LNP -Zusammensetzung, wichtige Schritte bei der Transmembranabgabe und zugrunde liegende molekulare Mechanismen

I Zusammensetzung und strukturelle Eigenschaften von LNPs

LNPs bestehen aus den folgenden Kernkomponenten:

1 kationisch/ionisierbare Lipide (e G., SM-102, ALC-0315)

- Funktion: positiv geladen unter sauren Bedingungen, um negativ geladene mRNA über elektrostatische Wechselwirkungen zu binden; Neutral bei physiologischem pH -Wert zur Reduzierung der Toxizität

-Kritische Rolle: Steigen Sie die LNP-Selbstorganisation in eine Kernschalenstruktur ein, die mRNA einkapsuliert

2 Helferlipide (z B., DSPC, Cholesterin)

-DSPC (1,2-distearoyl-sn-glycerin-3-phosphocholin): Verbessert die Membranstabilität und fördert die Fusion mit Zielzellmembranen

- Cholesterin: Moduliert die Fluidität der Lipiddoppelschicht und verbessert die Serumstabilität von LNPs

3 pegylierte Lipide (z B., DMG-PEG2000)

- Funktion: Reduzieren Sie die LNP -Aggregation über sterisches Hindernis, verlängern Sie die Zirkulationszeit und regulieren Sie die Partikelgröße (typischerweise 60●€“100 nm)

Ii Transmembranabgabeprozess von LNP-eingekapselten mRNA

1 Zelluläres Ziel und Endozytose

- Zielmechanismen: LNPs akkumulieren in Zielzellen (z B Muskelzellen, Immunzellen) durch passives Targeting (verstärkte Permeabilität und Retention, EPR -Effekt) oder aktives Ziel (Ligandenmodifikation)

-Endozytische Wege: LNPs betreten über Clathrin-vermittelte Endozytose oder Caveolae-abhängige Aufnahme in Zellen, die frühe Endosomen bilden

2 Endosomale Flucht

- PH-sensitiver Mechanismus:

- Endosomale Ansäuerung (pH 5 0●€“6 0) löst die Protonierung von ionisierbaren Lipiden aus und induziert eine LNP -strukturelle Reorganisation

- Kationische Lipide interagieren mit anionischen Phospholipiden (z B Phosphatidylserin) in endosomalen Membranen und stören Membranen über das "Protonen -Sponge -Effekt" oder eine Membranfusion, um mRNA in das Zytoplasma freizusetzen

3. Zytoplasmatische Freisetzung und Translation von mRNA

- Freisetzungsmechanismus: Nach Auflösung von Lipidmembran diffundiert die mRNA in Ribosomen oder wird in Ribosomen aufgelöst

-Translationsinitiierung: Freie mRNA verwendet eukaryotische Translationsinitiationsfaktoren (EIF4E/EIF4G-Komplexe), um Proteine ​​zu synthetisieren (z B SARS-CoV-2-Spike-Protein in Impfstoffen)

III Wichtige molekulare Mechanismen und Optimierungsstrategien

1 Effizienz der endosomalen Flucht verbessern

-Verwenden Sie Lipide mit ungesättigten Schwanzketten (z B Dlin-MC3-DMA), um die Membranfusion zu verbessern

- Integrieren Sie pH-sensitive Peptide (z B Gala-Peptid), um die Störung der Membran zu unterstützen

2 Reduzierung der Immunogenität

- Optimieren Sie die pegylierten Lipidverhältnisse, um eine beschleunigte Blutdlealisierung (ABC -Phänomen) zu vermeiden

- Reinigen Sie LNPs, um freie mRNA zu entfernen, wodurch TLR7/8 -Aktivierungsrisiken minimiert werden

3. Gewebespezifische Lieferung

- LNP-Oberflächenladung einstellen (nahezu neutral ζ-Potential) für Hepatozyten -Targeting

- Ändern Sie LNPs mit Galnac -Liganden, um hepatische Asialoglykoprotein -Rezeptoren (ASGPR) abzusetzen

Iv Technische Herausforderungen und zukünftige Anweisungen

Herausforderungen:

- Niedrige Entbindungseffizienz an Lungen, Gehirn und andere Gewebe

- Potentielle Anti-PEG-Antikörperinduktion mit wiederholter Dosierung

Fortschritte:

- Entwickeln Sie biologisch abbaubare Lipide (z B., Ester-modifizierte Lipide), um die Toxizität zu verringern

- Nutzen Sie die KI für neuartiges Design der Lipidbibliothek und die LNP -Optimierung

Abschluss

Die Transmembranabgabe von mRNA durch LNPs basiert auf präzisen physikalisch-chemischen und zellulären biologischen Wechselwirkungen, insbesondere dynamischer Lipidmembranregulation Während die LNP-Technologie mRNA-Impfstoffe und Gentherapien in klinische Translation angetrieben hat, bleibt die anhaltende Optimierung der Präzision der Lieferung und der langfristigen Sicherheit von entscheidender Bedeutung

Referenzen

1 Hou, X et al (2021) *Nat Rev Mater *** 6 **, 1078●€“1094.

2 Cullis, P R & Hope, M J (2017) *Mol Ther *** 25 **, 1467●€“1475.