自COVID-19疫苗成功以来，RNA疗法一直是生物技术界越来越感兴趣的对象。这些疗法与您的身体协同作用，针对疾病和感染的遗传根源，这是一种有前途的传统药物治疗方法替代方法。
几十年来，脂质纳米颗粒(LNP)已成功用于药物输送。FDA批准的疗法使用它们来传递信使RNA(mRNA)和小干扰RNA(siRNA)，信使RNA促使细胞产生新的蛋白质，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。现在的研究正面临着LNPs目前的局限性，这使得许多疾病没有有效的RNA疗法。
当肝脏反复受损时就会发生肝纤维化，愈合过程会导致疤痕组织积聚，从而阻碍健康的肝功能。它是一种慢性疾病，其特征是过多富含胶原蛋白的细胞外基质(ECM)的积累。
由于缺乏靶向活化肝内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进入活化的肝脏驻留成纤维细胞，因此它们无法提供RNA疗法。
为了解决这个问题并帮助为数百万患有这种慢性病的人提供治疗，生物工程系创新助理教授MichaelMitchell、J.Peter和GeriSkirkanich以及博士后研究员XuexiangHan和NingqiangGong发现一种合成配体束缚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。
LuluXue、MargaretBillingsley、RakanEl-Mayta、SarahJ.Shepherd、Mohamad-GabrielAlameh和DrewWeissman，罗伯茨家族疫苗研究教授和佩雷尔曼医学院宾夕法尼亚大学RNA创新研究所所长，也对此做出了贡献工作。
他们的研究发表在NatureCommunications上，表明小分子配体如何结合到可电离脂质(LNP的关键成分)的合成中，与肝脏中众所周知难以靶向的活化成纤维细胞产生亲和力，这些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，该蛋白驱动胶原蛋白的生物发生和分泌。HSP47的过度表达和胶原蛋白生物合成的增加最终会发展为纤维化。
一旦它们的LNP到达并进入靶细胞，siRNA就会被释放，从而沉默HSP47的表达，抑制胶原蛋白的产生并阻止纤维化的发生。该疗法在小鼠身上取得了成功，是治疗人类肝纤维化的一种很有前途的疗法。
这种可电离脂质合成的新方法是打开更多RNA疗法治疗多种疾病之门的关键。
“为了使LNPs具有足够的选择性以靶向驱动纤维化的肝星状细胞，我们将茴香酰胺配体(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，”Mitchell说。“从本质上讲，我们创建了一个锁匙机制来定位和解锁对这些难以到达的细胞的递送。”
合成过程由Han及其同事开发为“一锅两步”过程。为了创建可电离脂质库，该团队首先将茴香酰胺配体(AA)前体和不同的氨基核心放在一起。
然后，他们添加了疏水性尾部以创建AA束缚的可电离脂质。茴香酰胺被选为配体，因为它具有中性和稳定性以及它对星状细胞上过度表达的sigma受体的亲和力。创建AA系链LNP库后，该团队通过两轮选择过程分析了它们靶向细胞并向细胞提供治疗的能力。
“我们需要找到一种既有效又具有选择性的特定AA系链LNP，”Han说。“第一轮选择过程是通过检查我们的LNPs能够在多大程度上抑制成纤维细胞中的绿色荧光蛋白(GFP)来测量效力来完成的。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，”Han说。“我们通过阻断sigma受体来了解特定AA配体组在LNPs进入靶细胞的能力中的重要性。毫不奇怪，我们表明AA组很重要;在sigma受体阻断后，我们失去了锁钥机制，AA束缚的LNP不会进入目标细胞。”
该团队确定AA-T3A-C12是一种有效且选择性的LNP，携带治疗性siRNA，能够在小鼠中实现65%的HSP47表达抑制，并促进受损肝组织的恢复。研究结果得出结论，AA-T3A-C12LNP优于MC3LNP，后者是一种临床使用的非病毒载体，已获FDA批准用于肝细胞RNA治疗。
这种新的配体束缚LNP提供了一种治疗肝纤维化的方法，合成方法提供了一种方法，可以将LNP定制到体内其他以前难以靶向的细胞和组织。
“LNP的潜力是巨大的，”Han说。“我们正在让LNP变得更智能、更高效。”
“我们很高兴能够开发出一种潜在的治疗方法来解决这种肝病的遗传根源，”米切尔说。“而且，由于这种LNP运载工具在肝脏的纤维化细胞中起作用，它可能会导致开发出一种治疗身体其他类型纤维化的方法，例如肺部或肿瘤中出现的纤维化。”
“除了我们在肝脏中进行的研究之外，这种创建LNP的方法可用于解锁对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潜在地靶向大脑、肺或心脏中的细胞。这里有很多途径，我们很高兴能继续将这项研究推向新的方向。”