2024年8月10日 上海交通大學章雪晴團隊與新澤西理工學院許曉陽團隊在期刊《Nature Communications》上發表題為" Optimized inhaled LNP formulation for enhanced treatment of idiopathic pulmonary fibrosis via mRNA-mediated antibody therapy "的研究論文。
研究團隊初步設計了7種不同脂質摩爾比的LNP制劑，經艾特森MPE-L2型微流控制備儀制備樣品后，為后續制劑篩選與理化性質評估提供了試驗基礎。
研究背景
特發性肺纖維化(IPF)是高死亡率的間質性肺病，現有藥物僅能延緩病程，無法逆轉瘢痕；基于 mRNA 的蛋白替代療法雖具潛力，但mRNA穩定性差、轉染效率低，需依賴有效遞送系統。
脂質納米顆粒(LNPs)在相關藥物和疫苗中展現價值，卻存在肺部靶向性不足的問題，而吸入給藥雖為呼吸系統疾病的理想途徑，卻面臨霧化剪切力損傷等多重挑戰，目前尚無吸入性LNP-mRNA候選藥物完成臨床試驗，因此亟需開發具備轉化潛力的吸入性LNP遞送系統及便捷篩選方法，因此，研究團隊開發了新的LOOP平臺遞送mRNA。
1. 制備過程
圖例1：LNP制備過程
2. 篩選過程
圖例2：LNP篩選過程
3. scFv@iLNP-HP08LOOP治療IPF的吸入遞送機制
研究團隊初步明確了”scFv@iLNP-HP08LOOP”的核心作用路徑，該遞送系統經吸入后可抵抗霧化剪切力，進入肺間質并被多種細胞內化，隨后通過溶酶體逃逸釋放IL-11 scFv mRNA，在核糖體的作用下翻譯為IL-11 scFv，最終通過自分泌或旁分泌方式結合IL-11，阻斷下游纖維化信號通路。
圖例3：scFv@iLNP-HP08LOOP治療IPF的吸入遞送機制圖
4. 霧化mRNA遞送用iLNP的“LOOP”篩選流程與結果
研究團隊初步設計的7種不同脂質摩爾比的LNP制劑，經過艾特森MPE-L2微流控制備儀制備樣品后，通過評估霧化前后的包封效率、粒徑及PDI的變化，篩選出LNP-3作為候選制劑；隨后探究不同透析緩沖液的影響，發現pH 6.0的HEPEs可使LNP霧化后理化性質變化最小，確定為較好透析條件。這一篩選流程明確了iLNP 優化的核心指標與關鍵緩沖液參數，為后續引入輔料改善霧化穩定性提供了基礎。
圖例4：霧化mRNA遞送用iLNP的“LOOP”篩選流程與結果
5.輔料對霧化iLNP性能的改善作用
進一步地，研究團隊在霧化緩沖液中引入乙醇、丙二醇、泊洛沙姆188三種輔料，發現其可通過降低表面張力、增加溶液粘度提升LNP霧化穩定性，且輔料濃度與肺部熒光素酶表達呈正相關；隨后對比安全性與表達效率，確定8mg/mL泊洛沙姆188為最終霧化緩沖液，該緩沖液還可增強市售ALC0315 LNPs的穩定性。
圖例5：輔料對霧化iLNP性能的改善作用
6. iLNP-HP08LOOP的理化性質與生物特性表征
研究團隊為明確脂質組成與活性的關系，通過制備mEGFP@iLNP-HP08 LOOP，經檢測發現其在生理條件下穩定性良好，能有效保護mRNA不被降解，且轉染效率呈劑量依賴性；隨后通過抑制實驗證實其主要經網格蛋白介導的內吞作用進入細胞，同時具備快速溶酶體逃逸能力，且無明顯細胞毒性，霧化前后結構與包封效率保持穩定。這些表征結果驗證了 iLNP-HP08LOOP 平臺具有優秀的遞送潛力。
圖例6：iLNP-HP08LOOP的理化性質與生物特性表征
7. scFv@iLNP-HP08LOOP對MLFs分化、遷移及侵襲的抑制作用
接著，研究團隊將編碼IL-11 scFv 片段的mRNA封裝于iLNP中，發現其轉染MLFs后，IL-11 scFv呈劑量依賴性持續表達并有效結合IL-11；隨后通過免疫熒光與Transwell實驗證實，該制劑能顯著抑制TGF-β1/IL-11誘導的成纖維細胞活化、ECM沉積及遷移侵襲能力，且可下調下游p-ERK 信號通路。
圖例7：ASFV-ΔE120R體內安全性及無病毒殘留驗證
8. scFv@iLNP-HP08LOOP抑制小鼠博來霉素誘導的肺纖維化
通過建立小鼠肺纖維化模型，設置多種給藥對照組，經形態觀察、器官系數計算、免疫熒光染色等檢測結果，研究團隊發現，吸入scFv@iLNP-HP08LOOP能顯著減輕肺組織損傷與僵硬程度，降低羥脯氨酸含量及纖維化標志物表達；隨后對比不同給藥方式，證實其療效優于靜脈注射和直接吸入IL-11 scFv，且在支氣管肺泡灌洗液中能維持更長時間的高表達。
圖例8：scFv@iLNP-HP08LOOP抑制小鼠博來霉素誘導的肺纖維化
9. 肺組織組織學評估與IL-11下游信號通路分析
研究團隊對小鼠肺組織進行多組學染色，發現scFv@iLNP-HP08LOOP可顯著改善肺泡隔增厚，減少膠原纖維產生，對肺組織結構修復效果突出；隨后通過Western blot檢測證實，其抗纖維化作用主要通過抑制IL-11下游p-ERK信號通路實現，而STAT3通路不受影響。這一機制解析明確了制劑的作用靶點，為臨床應用提供了理論支撐。
圖例9：肺組織組織學評估與IL-11下游信號通路分析
10. scFv@iLNP-HP08LOOP 恢復纖維化小鼠的肺功能
研究團隊采用強迫振蕩技術檢測肺功能參數，發現博來霉素誘導的纖維化小鼠呼吸阻力、彈性顯著升高，吸氣容量、肺活量等指標顯著降低；隨后證實吸入scFv@iLNP-HP08LOOP能有效逆轉這些異常指標，使肺部內在彈性恢復接近健康水平。肺功能的顯著改善凸顯了該制劑的臨床潛力。
圖例10：吸入scFv@iLNP-HP08LOOP恢復纖維化小鼠的肺功能
知識分享：研究亮點
1 創新提出“LOOP”四步篩選平臺，無需大量篩選即可獲得抗剪切力強、表達效率高的吸入性脂質納米顆粒(iLNP)，還可增強市售ALC0315 LNPs的穩定性。
2 構建iLNP-HP08LOOP制劑，通過高輔助脂質比例、酸性透析緩沖液及含泊洛沙姆188的霧化緩沖液，實現mRNA的高效遞送與穩定表達。
3 開發mRNA介導的IL-11 scFv吸入療法，相較于傳統抗體給藥方式，更高效抑制肺纖維化，且顯著改善模型小鼠肺功能，為呼吸系統疾病治療提供新路徑。
參考文獻：
Nature Communications (IF 15.7) Pub Date: 2024-08-10 , DOI: 10.1038/s41467-024-51056-8.
歡迎來到蘇州艾特森制藥設備有限公司網站！
網站首頁
