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核酸脂质纳米粒(LNP)科普 —— 组成成分及作用

发布日期:2021/4/9 18:04:40

基因治疗(gene therapy)是通过将外源基因导入靶细胞,以纠正或补偿缺陷、异常基因引起的疾病,达到治疗目的的一种治疗方法。其中,确保外源基因的顺利导入是基因治疗过程极为重要的一环。在众多基因导入的方法中,开发合适的脂质纳米粒(Lipid Nanoparticle)包裹核酸,使其靶向至目标细胞,并将特定基因的核酸递送至细胞内的方法逐渐为科学家所使用。对于熟悉该领域的研究人员,调整各成分比例或许是一件相对容易理解的事情,但对于刚进入该领域的新人,什么是阳离子脂质、PEG脂质有什么作用等个别问题就需要花上一定时间来理解,所以今天小编在这里做个简单的科普,让各位初入该领域的研究人员能更快地获得相关基础概念。


 
脂质纳米粒(Lipid Nanoparticle,LNP)是使用脂质形成纳米微粒的一种。在过去,科研人员通常使用脂质纳米粒直接包裹化学药物,在基因治疗领域,研究人员开始使用脂质纳米粒包裹核酸,如mRNA、siRNA、pDNA等,称为核酸脂质纳米粒。



Fig.1 Precision Nanosystems公司展示的核酸脂质纳米粒结构示意图



核酸与普通化学药物的一个明显区别是核酸带有数量庞大的磷酸根,因而呈负电。为了使其能够被脂质纳米粒更好地包裹,研究人员想到使用一类特殊的脂质——阳离子脂质。阳离子脂质往往具有一个带铵根的亲水端,在酸性环境下能够与氢离子结合呈正电。借助两者的静电吸附,就能够将核酸包裹在脂质纳米粒中。包裹后的结构外部因阳离子脂质的疏水端向外而呈疏水性,此时可以加入传统脂质体合成中常用的一端修饰有PEG的脂质——PEG-脂质,使PEG-脂质的疏水端与阳离子脂质的疏水端结合,而PEG-脂质的亲水端(连有PEG)则向外形成核酸脂质纳米粒的外壳。为了增加核酸脂质纳米粒的稳定性,还可以添加适量的胆固醇等成分,使PEG-脂质的疏水端与阳离子脂质的疏水端结合更为紧密,最终得到核酸脂质纳米粒的成品。



Fig.2 核酸脂质纳米粒各成分及其作用示意图





在过去,多种成分的结合使核酸脂质纳米粒的合成成为一件繁复的工作。但今天,通过使用加拿大公司Precision Nanosystems所制造的纳米药物制备系统可以在几分钟甚至几秒内完成纳米粒子的制备。将脂质与核酸分别溶解在水相和有机相后,纳米药物制备系统推动两相溶液通过特制芯片通道,完成纳米粒子的合成。


Fig.3 Precision Nanosystems纳米药物制备系统合成示意图



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