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新兴纳米核酸递送系统简介

发布时间:2021-09-07   点击次数:92次

新兴纳米核酸递送系统

 

1990年,Wolff等人首实现了活ti核酸转染。随后科学家基于该理论研发出了核酸疫苗,并且实现了大规模工业化生产。三十年磨一剑,在2020年肆虐时,人们首使用了核酸(包括DNA与RNA)疫苗进行反击,其有效保护率有目共睹。核酸递送系统是RNA疫苗中不可或缺的成分,一直是核酸疫苗研发中的重点。一个好的递送系统能够提高RNA在体内的有效利用率,让1毫克RNA发挥出10毫克的效果。

 

在递送系统研发与应用的过程中,脂质体(Liposome)脱颖而出,已被批准用于多种临床药物的递送,例如抗ai药物Doxil。在脂质体的基础上,科学家研发了结构更稳定且递送效率更高的脂质纳米颗粒(LNP)用于核酸递送。2018年,FDA批准了世界LNP-RNA药物Onpattro用于治转甲状腺素蛋白淀粉样变性。此后,2020年首批上市的辉瑞与莫德纳RNA疫苗均使用LNP作为载体,这足以证明LNP优的递送效率与广的应用前景。目前还有针对狂犬病、流感、卵巢ai、丙酸血症等多种不同疾病的LNP-核酸疫苗/药物正在进行临床实验。

 

同时,随着科学家的不断探索,近年来一些新兴的纳米材料也展现出了作为核酸疫苗递送载体的前景,值得业内人士关注:

 

1.聚乙烯亚胺(PEI)

 

PEI是一种阳离子有机高分子聚合物,可以有效地吸附带负电荷的核酸并保护其不被酶降解。该材料易于大批量合成、易于负载核酸产品。同时,阳离子聚合物能够有效的将核酸释放到细胞浆内,具有很高的核酸转染效率,因此PEI是很有前景的核酸递送材料。与脂质体类似,商品化的PEI制剂被广用于体内/体外的核酸递送。但PEI有一定的毒性,目前的研究方向旨在用少量PEI修饰一些无毒的纳米材料,从而制备低毒性的递送系统。目前,基于PEI的抗流感RNA疫苗已进行了动物实验。

 

2. 聚乳酸(PLA)

 

作为另一种高分子聚合物,PLA则是一种FDA批准的安全医用材料。PLA纳米颗粒能够有效的被免疫细胞吞噬,是一种理想的疫苗递送系统。但由于PLA是阴离子聚合物,其核酸负载能力很低,需要适当的修饰才能够用于核酸递送。2019年,阳离子肽修饰后的PLA纳米颗粒被成功用于递送RNA疫苗并诱导免疫反应,具有开发HIV疫苗的潜力。

 

3. 磷酸钙(CP)

 

CP是一种典型的无机材料,广存在于骨骼和牙齿中,安全无毒。同时,CP具有免疫刺激的能力,其作为FDA批准的佐剂已经被广应用在传统疫苗中。二十世纪以来,由于纳米尺寸的CP具有很高的核酸负载能力,开始被用于核酸递送的研究。北卡罗莱纳大学的Huang教授研发的脂质包被磷酸钙(LCP)纳米颗粒,具有良好的核酸递送与免疫刺激效果。于2018年完成的动物研究证明,基于LCP的黑色素瘤与三阴乳腺aiRNA疫苗安全有效。

 

4. 富精氨酸多肽

 

细胞穿膜肽(CPP)是一种新兴的递送系统,能够有效的将各类药物运送至细胞中。带负电的核酸能够缠绕在阳离子CPP骨架上,形成纳米级复合体。RALA富精氨酸多肽是一种典型的阳离子细胞穿模肽,可用于RNA疫苗的递送并激免疫反应,非常具有应用前景。CPP还可用于其他纳米颗粒的表面修饰,进而提高其递送效率。基于富精氨酸多肽-纳米金的递送系统已在国内申报。

 

5. 磷酸钙(CP)

 

CP是一种典型的无机材料,广存在于骨骼和牙齿中,安全无毒。同时,CP具有免疫刺激的能力,其作为FDA批准的佐剂已经被广应用在传统疫苗中。二十世纪以来,由于纳米尺寸的CP具有很高的核酸负载能力,开始被用于核酸递送的研究。北卡罗莱纳大学的Huang教授研发的脂质包被磷酸钙(LCP)纳米颗粒,具有良好的核酸递送与免疫刺激效果。于2018年完成的动物研究证明,基于LCP的黑色素瘤与三阴乳腺aiRNA疫苗安全有效。

 

目前,核酸疫苗已经在多个临床实验中取得成效,而RNA疫苗的成功也为市场注入了信心。目前积累的HIV、ai症核酸疫苗技术将在未来十年内爆发。因此,相关的纳米核酸递送系统的开发与应用是世界学术界与工业界的关注重点之一。一个递送系统的稳定性、核酸负载能力、细胞穿入效率、安全性、制备难度/成本几个指标往往难以兼得。目前的LNP系统也还达不到,开发质优价廉、更加安全的递送系统势在必行。随着中国在材料科学领域的不断突破,让我们期待下一代自主核酸递送系统能够早日上市。

 

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