RNA脂质纳米颗粒工程阻止肝纤维化逆转损伤
脂质纳米颗粒(LNP)已成功用于药物输送数十年。FDA批准的疗法使用它们来递送信使RNA(mRNA)，促使细胞产生新的蛋白质，以及小干扰RNA(siRNA)，指示细胞沉默或抑制某些蛋白质的表达。
开发成功的RNA疗法的最大挑战是其靶向递送。研究现在正面临着LNPs目前的局限性，这使得许多疾病没有有效的RNA治疗。
当肝脏反复受损并且愈合过程导致疤痕组织积聚，阻碍健康的肝功能时，就会发生肝纤维化。它是一种慢性疾病，其特征是富含胶原蛋白的细胞外基质(ECM)过多。
由于缺乏靶向活化的肝驻留成纤维细胞的递送系统，使用RNA疗法治疗肝纤维化仍然具有挑战性。固体成纤维细胞结构以及缺乏靶向这些成纤维细胞的特异性或亲和力都阻碍了当前的LNP进入活化的肝驻留成纤维细胞，因此它们无法提供RNA治疗药物。
为了解决这个问题并帮助为数百万患有这种慢性疾病的人提供治疗，生物工程系创新助理教授Michael Mitchell，J. Peter和Geri Skirkanich以及博士后研究员Xuexiang Han和Ningqiang Gong发现了一种合成配体系留LNP的新方法，增加了它们的选择性并允许它们靶向肝成纤维细胞。
Lulu Xue，Margaret Billingsley，Rakan El-Mayta，Sarah J. Shepherd，Mohamad-Gabriel Alameh和Roberts家庭疫苗研究教授兼佩雷尔曼医学院宾夕法尼亚RNA创新研究所所长Drew Weissman也为这项工作做出了贡献。
他们的研究发表在Nature Communications上，展示了将小分子配体掺入可电离脂质(LNP的关键成分)的合成中，如何与肝脏中臭名昭著的难以靶向的活化成纤维细胞产生亲和力，这些成纤维细胞负责胶原蛋白的积累。
胶原蛋白的积累伴随着热休克蛋白47(HSP47)的表达增加，HSP47是驱动胶原蛋白生物发生和分泌的蛋白质。HSP<>的过表达和增加的胶原蛋白生物发生最终进展为纤维化。
一旦它们的LNP到达并进入靶细胞，siRNA就会被释放出来，从而沉默HSP47的表达，抑制胶原蛋白的产生并阻止纤维化。该治疗在小鼠中被证明是成功的，是人类肝纤维化的有希望的治疗方法。
这种可电离脂质合成的新方法是为RNA疗法治疗各种疾病打开更多大门的关键。
“为了使LNP具有足够的选择性以靶向肝星状细胞，即那些驱动纤维化的细胞，我们将茴香胺配体(一种对这些星状细胞上的受体具有高亲和力的分子)掺入可电离脂质的结构中，”米切尔说。“从本质上讲，我们创建了一个锁和钥匙机制来定位和解锁这些难以到达的细胞的交付。
合成过程是由Han及其同事开发的“一锅两步”过程。为了创建一个可电离脂质库，该团队首先将茴香胺配体(AA)前体和不同的氨基核放在一起。
然后，他们添加疏水尾巴以产生AA系留的可电离脂质。选择异构胺作为配体是由于其中性和稳定性以及它对星状细胞上过表达的sigma受体的亲和力。一旦创建了AA系留LNP文库，研究小组就通过两轮选择过程分析了它们靶向和向细胞提供治疗的能力。
“我们需要找到一种既有效又有选择性的特定AA系留LNP，”Han说。“第一轮选择过程是通过检查我们的LNP敲低成纤维细胞中的绿色荧光蛋白(GFP)以测量效力来完成的。GFP为治疗性RNA如何实时关闭基因表达提供了很好的视觉证据。
“在第二轮中，我们测试了强效LNP的选择性能力，”韩说。“我们通过阻断sigma受体来了解特异性AA配体基团在LNP进入靶细胞的能力中的重要性。不出所料，我们发现AA组是显着的;在sigma受体阻断之后，我们失去了锁和钥匙机制，AA系留LNP不会进入靶细胞。
研究小组将AA-T3A-C12确定为一种有效且选择性的LNP，携带治疗性siRNA，能够在小鼠中实现HSP65表达的47%敲低，并增强受损肝组织的恢复。研究结果得出结论，AA-T3A-C12 LNP优于MC3 LNP，MC<> LNP是一种临床利用的非病毒载体，已被FDA批准用于肝脏或肝脏细胞RNA治疗。
这种新的配体系留LNP提供了一种治疗肝纤维化的形式，合成方法提供了一种将LNP定制到体内其他以前难以靶向的细胞和组织的方法。
“LNP的潜力是巨大的，”Han说。“我们正在使LNP更智能，更高效。
“我们很高兴能够产生一种潜在的治疗方法，可以解决这种肝病的遗传根源，”米切尔说。“而且，由于这种LNP输送载体在肝脏的纤维化细胞中起作用，它可能导致开发一种治疗体内其他类型的纤维化的治疗方法，例如在肺部或肿瘤中出现的纤维化。
“除了我们在肝脏中研究的内容之外，这种产生LNP的方法可用于解锁其他细胞类型的治疗递送，”他补充道。“我们可以通过将特定的靶向配体安装到可电离的脂质结构中来靶向大脑，肺或心脏中的细胞。从这里有很多途径，我们很高兴继续将这项研究推向新的方向。