題目：Engineered internal architecture of core-shell lipid nanoparticles promotes efficient mRNA endosomal release

期刊：

Nature Communications

研究團(tuán)隊(duì)：由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心曹宇虹團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜，聯(lián)合澳門(mén)大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作完成

主要研究結(jié)果：研究設(shè)計(jì)了以離子化脂質(zhì)包覆金納米顆粒（IC-AuNPs）為核心的核殼結(jié)構(gòu)脂質(zhì)納米顆粒（Au-LNP），使 mRNA 內(nèi)體逃逸效率提升 2 倍，胞質(zhì) mRNA 擴(kuò)散能力增強(qiáng)～100 倍；體外 mRNA 表達(dá)顯著提高，體內(nèi)蛋白產(chǎn)量最高提升 7 倍；顯著增強(qiáng) SARS-CoV-2 mRNA 疫苗的免疫原性，在三陰性乳腺癌（TNBC）模型中提升治療效果，且生物相容性良好。

研究背景

mRNA療法在傳染病預(yù)防、癌癥治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但其臨床應(yīng)用仍受限于遞送系統(tǒng)的效率。脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）是目前主流的mRNA遞送載體，然而其內(nèi)體逃逸效率低下（僅約2%–13%），導(dǎo)致大部分mRNA在胞內(nèi)降解，無(wú)法有效翻譯。傳統(tǒng)LNPs內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)序，可電離脂質(zhì)與mRNA之間的電荷中和進(jìn)一步削弱了其膜破壞能力，成為制約mRNA療效的關(guān)鍵瓶頸。因此，如何通過(guò)結(jié)構(gòu)工程提升LNPs的內(nèi)體逃逸能力，成為當(dāng)前研究的重要方向。

核心內(nèi)容詳解

一、Au-LNPs的制備與結(jié)構(gòu)表征

研究對(duì)象與方法：

研究團(tuán)隊(duì)采用13 nm金納米顆粒（AuNPs）作為核心，通過(guò)相轉(zhuǎn)移法在其表面包覆可電離脂質(zhì)（如MC3、SM-102等），形成離子化脂質(zhì)包覆的金納米顆粒（IC-AuNPs）。

隨后，將mRNA先與IC-AuNPs結(jié)合，再通過(guò)脂質(zhì)混合液包裹，形成具有有序核殼結(jié)構(gòu)的Au-LNPs。

研究結(jié)果：

• TEM顯示Au-LNPs呈明顯核殼結(jié)構(gòu)，粒徑約42 nm，水合粒徑約70 nm。

• 與常規(guī)LNPs相比，Au-LNPs粒徑分布更均勻（PDI=0.073 vs. 0.128）。

• 分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，Au-LNPs具有更低的組裝焓（-354.3 kJ/mol），結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

研究比較了13 nm、18 nm、25 nm和50 nm金核組裝Au-LNPs的效果。實(shí)驗(yàn)表明，13 nm金核在粒徑均一性、組裝穩(wěn)定性及mRNA表達(dá)效率方面表現(xiàn)最優(yōu)。過(guò)大的金核會(huì)破壞脂質(zhì)排列，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定與遞送效率下降。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：金納米核心的引入不僅提升了脂質(zhì)組裝的秩序性，還增強(qiáng)了納米顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。13 nm為最佳金核尺寸，可實(shí)現(xiàn)高效有序組裝與mRNA遞送。

二、pH響應(yīng)性膜破壞能力增強(qiáng)

通過(guò)SRB脂質(zhì)體泄漏實(shí)驗(yàn)與紅細(xì)胞溶血實(shí)驗(yàn)評(píng)估Au-LNPs在不同pH下的膜破壞能力。

結(jié)果顯示，在pH 5.5條件下，Au-LNPs誘導(dǎo)的膜泄漏顯著高于常規(guī)LNPs。Zeta電位分析進(jìn)一步揭示，Au-MC3在酸性條件下表現(xiàn)出更強(qiáng)的電位變化，表明金核增強(qiáng)了可電離脂質(zhì)的質(zhì)子化響應(yīng)能力。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：Au-LNPs在酸性內(nèi)體環(huán)境中能更有效地破壞膜結(jié)構(gòu)，為mRNA逃逸創(chuàng)造有利條件。

三、體外mRNA表達(dá)效率顯著提升

在HeLa與293細(xì)胞中，Au-MC3-LNPs的熒光素酶（Fluc）表達(dá)較常規(guī)LNPs提高約3倍。GFP表達(dá)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示，低劑量下Au-LNPs轉(zhuǎn)染效率達(dá)91.4%，遠(yuǎn)高于常規(guī)LNPs的6.72%。CCK-8實(shí)驗(yàn)證實(shí)Au-LNPs無(wú)明顯細(xì)胞毒性。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：Au-LNPs顯著提升mRNA的胞內(nèi)表達(dá)效率，且具有良好的生物相容性。

四、內(nèi)體逃逸機(jī)制深入解析

通過(guò)共聚焦顯微鏡與TEM觀察Cy5標(biāo)記mRNA的胞內(nèi)分布。Au-LNPs處理組中，mRNA在細(xì)胞質(zhì)中呈現(xiàn)更廣泛的擴(kuò)散，擴(kuò)散面積提升約100倍。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，Au-LNPs能延緩內(nèi)體酸化與成熟，減少mRNA進(jìn)入溶酶體降解。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：Au-LNPs通過(guò)增強(qiáng)膜破壞與調(diào)控內(nèi)體成熟，協(xié)同促進(jìn)mRNA高效逃逸至細(xì)胞質(zhì)。

五、動(dòng)物模型中驗(yàn)證遞送與療效

以 BALB/c 小鼠為模型，分別通過(guò)肌肉注射和靜脈注射給藥，采用活體化學(xué)發(fā)光成像檢測(cè) Fluc-mRNA 的體內(nèi)表達(dá)；結(jié)合選擇性器官靶向（SORT）系統(tǒng)，評(píng)估 Au-LNPs 的器官靶向兼容性；通過(guò)組織分布分析驗(yàn)證生物分布特性。

在小鼠模型中，Au-LNP通過(guò)肌肉注射與靜脈注射均顯示出mRNA表達(dá)顯著增強(qiáng)。器官靶向：Au-LNP與傳統(tǒng)LNP的生物分布相似，肝臟、脾臟等主要器官分布一致；結(jié)合 SORT 系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)肺組織的靶向遞送，顯著提升肺部 mRNA 表達(dá)。

以 SARS-CoV-2 刺突蛋白（Spike）mRNA 為抗原，制備 Au-LNPs 疫苗和傳統(tǒng) LNPs 疫苗；對(duì)小鼠進(jìn)行初免和加強(qiáng)免疫，通過(guò) ELISA 檢測(cè)血清抗體滴度，采用假病毒中和實(shí)驗(yàn)評(píng)估抗體功能（IC50 值）。

在SARS-CoV-2 Spike mRNA疫苗中，Au-LNPs組抗體效價(jià)提升2倍，中和抗體IC50提高46%。

建立 4T1-Fluc TNBC 小鼠模型，以 WT1-mRNA 為治療靶點(diǎn)，分為 PBS 組、傳統(tǒng) LNPs 組和 Au-LNPs 組，每 2 天腹腔注射給藥，監(jiān)測(cè)腫瘤體積、存活率和生物發(fā)光強(qiáng)度；流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)引流淋巴結(jié)中成熟樹(shù)突狀細(xì)胞（DCs）比例。

在三陰性乳腺癌模型中，Au-LNPs裝載WT1 mRNA疫苗顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)，提升生存率。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：Au-LNPs在預(yù)防性與治療性mRNA疫苗中均表現(xiàn)出優(yōu)異的遞送效果與免疫激活能力。

六、生物安全性評(píng)估

通過(guò)小鼠體重監(jiān)測(cè)、細(xì)胞因子檢測(cè)、組織病理學(xué)分析及ICP-MS檢測(cè)，證實(shí)Au-LNPs在體內(nèi)無(wú)顯著毒性，金元素在48小時(shí)內(nèi)基本清除。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)：Au-LNPs具有良好的生物相容性與安全性，具備臨床轉(zhuǎn)化潛力。

小結(jié)

本研究通過(guò)構(gòu)建以金納米顆粒為核心的有序核殼脂質(zhì)納米顆粒（Au-LNPs），成功突破了傳統(tǒng)LNPs內(nèi)體逃逸效率低的技術(shù)瓶頸。Au-LNPs不僅顯著提升了mRNA的胞質(zhì)遞送與表達(dá)效率，還在疫苗免疫與腫瘤治療中展現(xiàn)出強(qiáng)大應(yīng)用潛力。該研究為下一代mRNA遞送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了全新的結(jié)構(gòu)工程思路，具有重要的科學(xué)價(jià)值與臨床轉(zhuǎn)化前景。

參考文獻(xiàn)

[1] Li T, Zhang J, Guo J, Sun B, Han Y, Xu H, Weng Y, Cao Q, Li M, Zhao G, Liu L, Gao X, Dai L, Wang D, Cao Y. Engineered internal architecture of core-shell lipid nanoparticles promotes efficient mRNA endosomal release. Nat Commun. 2026 Jan 30. doi: 10.1038/s41467-026-69017-8.

注：本文僅作為醫(yī)療健康領(lǐng)域前沿進(jìn)展分享， 非 治 療 方 案 推 薦。

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撰寫(xiě)| RNA星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設(shè)計(jì)| Alice