从脂质体到 mRNA 疫苗递送—脂质纳米颗粒多样性以及先进性的研究前景

2022-07-22

疫苗信使RNA抗体小分子药物基因疗法

摘要：脂质纳米颗粒(LNPs)作为各类治疗药物具有前景的递送载体，出现在了整个制药行业中。目前LNPs作为 COVID-19 mRNA疫苗 COVID-19 mRNA疫苗的重要组成部分备受关注，其在有效保护 mRNA 并将其转运至细胞方面发挥着关键作用。LNPs的早期版本脂质体，是一种多功能的纳米药物递送平台。许多脂质体药物已被批准并应用于医疗实践。随后的几代脂质纳米载体，如固体脂质纳米颗粒、纳米结构脂质载体和阳离子脂质-核酸复合物，表现出更复杂的结构和增强的物理稳定性。LNPs 能够将治疗剂封装和递送到体内特定位置并在所需时间释放其成分，为治疗各种疾病提供了宝贵的平台。在这里，我们基于对最大的已发表科学知识合集（CAS Content Collection）的分析，展示了与 LNPs 相关的科学出版物的概况，包括专利和期刊文章。目前的趋势表明，纳米结构的脂质载体和固体脂质纳米颗粒正成为许多剂型的首选平台。本文讨论了LNPs制剂作为药物传递平台的最新进展，如抗肿瘤、核酸治疗和疫苗传递系统。在其他领域，例如医学成像、化妆品、营养和农用化学品，也评估了挑战和增长机会。本报告旨在为那些对 LNPs 纳米技术、及其应用感兴趣的人以及致力于其发展的全球性研究工作提供有用的资源。脂质纳米颗粒(LNPs)作为各类治疗药物具有前景的递送载体，出现在了整个制药行业中。并且LNPs的应用也已扩展到其他领域，如医学影像、化妆品、营养、农业，以及纳米反应器等其他创新领域。目前LNPs作为 COVID-19 mRNA 疫苗 COVID-19 mRNA 疫苗的重要组成部分备受关注，其在有效保护 mRNA 并将其转运至细胞方面发挥着关键作用。脂质体是 LNPs 的早期版本，是一种用途极为广泛的纳米载体平台，因为它们可以转运疏水或亲水的分子，包括小分子、蛋白质和核酸。事实上，脂质体是最早成功从概念到临床应用的纳米药物递送平台。许多脂质体药物制剂已被获批准并成功应用于医疗实践。下一代的LNPs，包括固体脂质纳米颗粒、纳米结构脂质载体和阳离子脂质-核酸复合物，表现出更复杂的内部结构和增强的物理稳定性。凭借其控制体内药物输送位置和时间的能力，LNPs被用于各种疾病的治疗。越来越多的科学家正在从传统的生物药疗法转向更复杂和更专业的疗法，这些疗法可以在基因水平上治疗疾病。在这篇综述中，我们主要从其药物应用的角度来概述了目前有关LNPs的结构和性质。然后，我们讨论了LNPs的多种应用，包括药物输送、医学成像、化妆品等。此外，我们基于对CAS Content Collection的全面分析，展示了与LNPs相关研究的景象。CAS Content Collection是最大的人工整理的已发表科学知识合集，经证明可用于根据时间、研究领域、配方、应用和化学成分等变量对全球科学出版物进行定量分析。我们调查了LNPs相关出版物的增长和多样性以及这些出版物在研究领域、应用层面和国家及机构中的分布情况。列举了LNPs配方中最广泛使用的化学物质，包括磷脂、PEG-脂质和阳离子脂质。我们希望这份报告能为那些对 LNPs 纳米技术感兴趣的人以及致力于其发展的全球研究提供有用的资源。脂质纳米颗粒基础知识脂质体——最早一代的脂质纳米颗粒“脂质体”一词是在 1960 年代创造的，之后不久就发现封闭的脂质双层囊泡（图 1A）能在水中自发形成。随着纳米科学和纳米技术时代的开始，“脂质纳米颗粒”一词在 1990 年代初才开始使用。由于脂质体由脂质制成，并且在大多数情况下是纳米级的，因此它们被认为是最早一代的脂质纳米颗粒。脂质体作为药物输送系统的潜力在发现后几乎立即得到了认可。例如，已知超过 40% 的用于癌症治疗的小分子药物在水中表现出低溶解度，因此能够封装这些药物并提高其水溶性的药物递送系统的好处立即受到重视。脂质体是最早成功从概念到临床应用的纳米药物递送平台，拥有多个获批的药物制剂。例如，最早获批的脂质体药物是 Doxil，这是一种用于治疗卵巢癌的抗肿瘤药物阿霉素的脂质纳米颗粒制剂。另一种脂质体药物 Epaxal 是一种蛋白质抗原的脂质纳米颗粒制剂，用作肝炎疫苗。许多其他脂质体制剂已被批准用作药物和疫苗，如表S1（辅助资料中）所示。脂质体已被用于许多临床试验，以递送抗癌、抗炎、抗生素、抗真菌剂、麻醉剂和其他药物，也被用于基因疗法。磷脂如磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰甘油同胆固醇等稳定剂一起组成常见脂质体的基础成分。脂质体由一个或几个脂质双层组成，大小在20到1000 nm之间。亲水性药物可以被包裹在脂质体的水性内部，而疏水性药物可以被包裹在脂质双层的烃链区域（图 1B），使脂质体成为一个多功能的药物输送平台。脂质体的结构很大程度上取决于它们的制备方式。脂质体可以是单层（直径为 20-100 nm 的小单层囊泡 (SUV)、直径为 100-1000 nm 的大单层囊泡 (LUV) 或直径 >1000 nm 的巨型单层囊泡 (GUV)）或多层囊泡（MLV），直径> 500 nm，其中同心双层形成洋葱状多层结构（辅助资料中图S1）。给药系统主要使用 SUV 和较小的 MLV，而 GUV 主要用作细胞模型。大小是决定脂质体药物包封和循环半衰期的关键参数，较小的脂质体有更多的机会逃脱吞噬细胞的摄取。人们普遍认为，用于药物用途的颗粒，尤其是用于肠胃外给药的颗粒，需要≤100 nm。可以使用多种技术测量纳米颗粒的尺寸，例如动态光散射、尺寸排阻色谱、核磁共振光谱和显微镜。LNPs 的粒径分布可以通过挤出、超声和均质等制造方法进行控制；最近，微流体方法已成功被应用于LNPs的制造和尺寸控制。LNPs 的表面电荷通常由脂质头部决定，其可以带正电或带负电或是两性离子。取决于表面电荷密度的表面电位，控制着粒子之间的相互作用和反离子的吸附，从而控制纳米粒子的稳定性。不带电的粒子或具有低电荷密度的粒子往往会随着时间的推移而聚集，而带电较多的粒子会相互排斥，从而防止聚集。纳米粒子的表面电荷通常由它们的 zeta 电位表示，粒子的电位由与粒子结合的流体层外平面进行测量。它通常由其电泳迁移率计算得出。Zeta电位随掺入脂质体的离子脂质比例线性变化；zeta电位<-30 mV或>30 mV通常足以维持颗粒间排斥和颗粒的稳定悬浮。阳离子脂质纳米颗粒，与核酸的复合物对细胞发病机制的遗传学认知的进展使得对涉及人类疾病的众多基因的靶向治疗成为可能。核酸在医学中具有多种作用，包括基因治疗药物和RNA治疗。然而，核酸疗法的发展受到细胞递送困难的阻碍。核酸的负电荷和亲水性阻碍了它们在质膜上的被动扩散。此外，核酸与血清蛋白的结合、被吞噬细胞的摄取以及被内源性核酸酶降解都会干扰它们有效的递送。因此，核酸需要递送载体来保护它们免于降解并将它们递送至靶细胞以进行有效的吸收。病毒和非病毒载体用于将核酸递送至细胞。由合成阳离子脂质和阴离子核酸之间组成的稳定复合物阳离子LNPs，是核酸药物最广泛使用的非病毒递送系统。大量阳离子脂质双亲分子已被合成并被用于核酸载体的测试。阳离子脂质的分子结构类似于天然脂质，除了存在可电离（阳离子）头基而不是天然脂质的两性离子或阴离子头基。它们包含了具有两条烷基链或胆固醇部分的疏水部分、带正电荷的极性头部基团以及连接极性基团与疏水部分的接头。由于pH值变化，在细胞内带正电而在血流中不带电的可电离脂质被首先考虑，因为它们的毒性低于不可电离的阳离子脂质。来源于 CAS Content Collection收集的信息，LNPs 配方中最常用的阳离子脂质的结构将在本综述中进一步介绍（表 12）。与带正电荷脂质体的混合（图 2）可稳定核酸并增加其对核酸酶降解的抵抗力，从而使它们能够被递送至所需的靶细胞。核酸通过LNPs被吸附到细胞表面，随后被细胞内吞并释放到细胞中。由于细胞膜通常带有负电荷，而用于核酸递送的纳米颗粒脂质带有正电荷，因此静电促进了 LNPs 对细胞膜的吸附和融合；因此，它们的吸引力驱动了膜融合和内吞作用。一旦核酸进入细胞，核酸递送必须从它们与阳离子脂质的复合物中释放。细胞的阴离子脂质可能通过中和其阳离子脂质载体的电荷，破坏脂质载体与核酸之间的静电相互作用，从而帮助从 LNPs 中释放核酸。阴离子脂质与阳离子脂质的结合也会破坏纳米颗粒的结构，导致形成非层状结构。已提出阳离子脂质载体在递送核酸中的功效与它们促进非层状脂质相的形成能力相关。短暂的非层状结构被认为介导了膜融合的过程；膜融合中形成的中间体与层状-非层状相变过程中形成的中间体相似。固体脂质纳米颗粒和纳米结构脂质载体虽然脂质体可用作药物载体，但它们需要使用有机溶剂的复杂生产方法，包埋药物效率低，并且难以大规模实施。开发了固体脂质纳米颗粒 (SLN) 和纳米结构脂质载体 (NLC) 以解决其中一些缺点（图 3）。虽然常规脂质体包含液晶脂质双层，但 SLN 包含固体脂质，而 NLC 包含固体和液晶脂质的混合物。SLN 和 NLC 的粒径在 40 到 1000 nm 之间变化。SLN 和 NLC 表现出增强的物理稳定性，因此解决了基于脂质体的制剂的主要限制之一。SLN 和 NLC 还具有更高的装载能力和更高的产物利用度，无需使用有机溶剂即可轻松大规模生产，并且在灭菌条件下比其他LNPs更加稳定。此外，固态分子的低流动性使得SLN 和 NLC 能够更精确地控制其载荷药物有效的释放。然而，在长期储存中，SLN的结晶可以将掺入的药物排出到周围介质中。然后通过在室温下将少量脂质液体引入 SLN 来设计 NLC，从而降低脂质核心的结晶度。NLC降低的结晶度抑制了药物从基质中的排出，提高了纳米颗粒的载药能力和物理化学长期稳定性。SLN 和 NLC 由脂质和稳定剂（如表面活性剂和其他涂层材料）组成（图 3）。典型的脂质成分如表 1 所示，包括脂肪酸、脂肪醇、甘油酯和蜡。位于脂质-水界面的表面活性剂降低了脂质和水相之间的界面张力并提高了所得制剂的稳定性。LNPs 制备中常用的表面活性剂/乳化剂列表也包括在表 1 中。SLN和NLC通常采用各种有机无溶剂的方法生产，如高压均质、高速搅拌、超声处理、乳液/溶剂蒸发、双乳液、相转化和溶剂注入。非层状脂质纳米颗粒其他类型的 LNPs 结构也已被研究用于药物递送。1980年代发表了关于使用非层状脂质相进行药物递送以及在控释制剂中使用倒转立方体和六边型液晶相用于递送吸入药物的相关技术。最近以来，由脂质立方体相（图4）组成并通过聚合物组成的外冠稳定其结构的高度稳定纳米立方体液晶颗粒，被开发为脂质药物纳米载体。液晶脂质立方体相由单个脂质双层组成，形成双连续周期性晶格结构，其中孔隙由两个交织的水通道形成。纳米立方液晶颗粒在生理条件下高度稳定。通过调整立方体的组成成分以定制其孔径并包括生物活性脂质；聚合物形成的外冠可用于控制立方体有效载荷的释放位置。与脂质体相比，纳米立方体液晶颗粒为膜蛋白和小分子药物的装载提供了显着更高的膜表面积。这种特性组合使纳米立方体液晶颗粒可被用于各种应用，例如药物输送系统、膜生物反应器、人工细胞和生物传感器。纳米立方体液晶颗粒由两亲性脂质和稳定剂组成。其中两亲性脂质是主要成分；水合后，脂质自发形成立方体液晶相。而稳定剂通常是一种聚合物，可防止重组的纳米立方体液晶颗粒转变为立方体相。最常见的立方体组合物使用单油酸甘油酯（单油酸甘油酯）作为脂质成分，泊洛沙姆 407 作为稳定表面活性剂；甘油单酯/表面活性剂混合物占分散体总重量的 2.5% 至 10%。除泊洛沙姆 407 外，聚乙烯醇也用作分散体的稳定剂。Hexosomes 是另一种类型的 LNPs，其中脂质形成非层状相，即倒六角相 HII。它们的组成类似于立方体的组成，包含两亲脂质、聚合物稳定剂和水。胶束是具有疏水核和亲水壳的非层状脂质纳米颗粒；它们已成功用于溶解难溶于水的药物。具有亲水核和疏水核的反胶束已被用于将亲水分子如核酸包裹在复杂的脂质载体中。EthosomesEthosomes 是含有高比例（20-45%）乙醇的磷脂纳米颗粒。添加的乙醇增加了 ethosomes 的渗透性和弹性，使它们能够通过挤压皮肤最外层角质层的毛孔进行药物和化妆品的透皮递送。这种递送途径提供了一种递送脂质体制剂的替代方法，避免了口服药物递送中胃肠道引起的并发症。使用 ethosomal 配方的商业产品包括抗脂肪团（Cellutight EF、Noicellex、Skin Genuity、Osmotics Lipoduction）和抗衰老（Decorin）剂、包括米诺地尔（Nanominox）和阿昔洛韦（Supravir）在内的毛发生长刺激剂，以及用于治疗疱疹病毒感染的外用乳膏。超声脂质体超声脂质体是用作超声造影剂的声学活性脂质体。它们是在发现微小气泡反射诊断超声波之后开发的。气液界面提供了很大的密度不连续性，并且能非常有效地反射声音。包裹在脂质体中的气体微泡改善了医学声学成像。超声脂质体还有额外的治疗应用，例如超声控制的药物递送和超声增强的溶栓（声溶栓）。LNPs形成程序有多种技术用于控制 LNPs 的性质，包括它们的大小、同心双层的数量（层状）以及它们封装各种化合物的能力。薄膜水合法代表了用于脂质体制备的最简单和最古老的方法。脂质最初溶解在有机溶剂中，干燥后在小瓶底部产生薄膜。脂质膜被水合以产生脂质体分散体。水合条件会影响形成的囊泡的结构，温和的水合会形成巨大的单层囊泡（GUV），而剧烈搅拌会形成尺寸均一性差的多层囊泡（MLV）。探针或水浴超声可用于产生小的单层囊泡 (SUV)。通过限定孔径的聚碳酸酯过滤器连续挤出也可用于控制脂质体直径；挤出循环的次数对于确定所形成脂质体的均质性很重要。另一种传统的脂质体制备技术是反相蒸发，包括在水相和含有脂质的有机相之间形成油包水乳液。对混合物进行短暂的超声处理以使其均质化；在减压下除去有机相产生凝胶，然后产生脂质体悬浮液。用于脂质体形成的溶剂注射技术是将脂质溶液（在乙醇或乙醚中）快速注射到水性介质中。去污剂脂质体制备技术是将磷脂溶解在含有临界胶束浓度(CMC)的去污剂水溶液中，然后通过透析或其他方式去除去污剂。用水或水溶液稀释所得悬浮液，重新构成形成的胶束；随着时间的推移，胶束转化为脂质体。在用加热方法制备脂质体中，脂质被水合，然后在甘油或丙二醇等水合剂的存在下加热到磷脂的转变温度以上。这种方法非常有吸引力，因为它不涉及有机溶剂。最近一项成功的脂质体生产技术是微流体流体动力学聚焦，其中醇溶液中的脂质流被控制在装置的中央通道中流动，被水相的同轴流交叉和包裹。在聚焦的酒精/水界面上，酒精和水的相互扩散导致脂质沉淀并自组装成脂质体。其他最近开发的用于生产脂质体的技术包括错流注射和使用超临界流体的方法。同样，其他类型的 LNPs制备，如 SLN、NLC 和立方小体，包括各种均质化方法（高剪切均质化、热或冷均质化、高速均质化）、超声处理和微流化。根据 CAS Content Collection的数据，超声波、挤压和微流体是最常用于控制 LNPs大小的方法。LNPs的功能修饰尽管有其优势，但未经修饰的 LNPs 药物递送系统具有显着的局限性，例如缺乏靶向选择性、血液循环时间短和体内不稳定性。改进的 LNPs 配方旨在克服这些缺点中的每一个。靶向脂质体靶向脂质体设计有表面附着的配体（图 1C），以识别和结合细胞上的特定受体。通常，靶向脂质体是通过将小分子配体、肽或单克隆抗体偶联到LNPs表面来制备的。抗体最初用于构建主动靶向脂质体（免疫脂质体）。例如，用 IgM 配体修饰的脂质体的效率比未修饰的脂质体高100 倍。某些受体，例如叶酸受体和转铁蛋白受体，在许多癌细胞上过度表达，它们相应的配体已被用于将脂质体引导至这些类型的细胞或组织。叶酸受体与其配体叶酸紧密结合，从而使肿瘤细胞对非癌细胞具有特异性。叶酸缺乏免疫原性及其结合物通过内吞作用非破坏性地进入细胞的能力使得叶酸优于基于蛋白质的靶向配体。叶酸受体也在巨噬细胞上过度表达，巨噬细胞存在于炎症性疾病中，例如银屑病、克罗恩病、动脉粥样硬化和类风湿性关节炎；因此，叶酸介导的靶向也可用于递送抗炎药物。转铁蛋白受体在快速增殖的癌细胞中过度表达，以满足肿瘤细胞增加的铁需求，从而使转铁蛋白受体靶向抗癌疗法的发展成为可能。表皮生长因子受体 (EGFR) 是一种酪氨酸激酶受体，在许多实体瘤中过度表达，包括结肠直肠癌、非小细胞肺癌、鳞状细胞癌和乳腺癌，使其成为治疗药物递送的有吸引力的靶点。LNPs 靶向中使用的配体示例如表 2 所示。“隐形”脂质体虽然免疫脂质体对特定细胞类型具有高度选择性，但它们会被吞噬细胞迅速从血流中去除。为了解决这个问题，脂质体涂有生物相容的惰性聚合物，通常是聚（乙二醇）（PEG），使其对吞噬细胞不可见（“隐形”脂质体）（图 1D）。聚乙二醇化（将 PEG 共价连接到化合物上）最初是为了帮助蛋白质药物避免身体的免疫反应而发明的，但后来发现由于空间位阻能阻止免疫细胞接近脂质体的表面，在改善脂质体的表面特性方面也非常有效。脂质体的循环半衰期取决于脂质体表面聚合物链的长度和密度，从而可以稳定的制备空间稳定脂质体。空间稳定脂质体增加的循环半衰期也由于增强的渗透和保留（EPR）效应增加了它们在癌组织中的被动积累，进一步提高了它们的有效性。刺激响应脂质体另一种有用的脂质体修饰是通过设计在暴露于物理化学或生化刺激时可控地释放包封药物的制剂（刺激响应脂质体）。这些药物输送系统响应特定的触发因素，在需要的地方释放它们的货物，提高药物疗效并减少副作用。已经研究了对温度、pH 变化、酶、光、磁场和电场以及超声波有反应的脂质体。在这些刺激中，由于体内存在多种pH梯度，pH变化是最有希望的。当被刺激触发时，LNPs 会发生相变（凝胶相和液晶相之间或层状和非层状相之间），从而增加它们的膜渗透性。温度响应系统已被广泛研究用于抗癌药物递送。当暴露于温和的局部热疗时，脂质接近其液晶相变温度，在其固体和流体域之间产生无序并且变得更易渗透水溶性分子。这导致包埋在肿瘤内的药物突然释放。表 3 提供了刺激响应脂质体的例子。LNPs制剂中使用的脂质的毒性由于 LNPs 主要由天然脂质组成，因此它们被认为是无药理活性且毒性最小的。然而，在某些情况下，当LNPs的成分是可能对人体细胞有毒的非天然化合物时,LNPs就并不是免疫惰性的了。例如，虽然阳离子脂质作为载体用于递送易碎化合物（如核酸）具有很大的前景，然而一些阳离子脂质仍会引起细胞毒性。在某些情况下，阳离子脂质会减少细胞的有丝分裂，在细胞质中形成液泡，并对关键的细胞蛋白如蛋白激酶C造成有害影响。阳离子脂质的细胞毒性取决于其亲水性头基的结构；具有季铵头基的两亲物比具有叔胺头基的两亲物毒性更大。疏水链对脂质毒性的影响尚未得到很好的研究，从而阻碍了毒性较小脂质的设计。脂质分子的疏水部分强烈的调节它们的相表现及其对于LNPs的效用，但某些脂质相的存在也与膜损伤和细胞毒性相关。PEG-脂质偶联物也可能导致不良的毒性，目前已知含有PEG-脂质偶联物的 LNPs会与免疫细胞相互作用，产生针对某些 PEG 化脂质的不良抗体。脂质体/LNPs进展的时间表脂质体/LNPs 进展的时间表如图 5 所示。脂质纳米粒的应用药物和疫苗递送临床批准基于 LNPs的药物。脂质体已被公认为是一种强大的医学工具已经超过50 多年。它们能够将治疗剂可控地封装和递送到体内特定位置，这使得它们可用于治疗多种疾病。许多LNPs药物配方已获批准并用于医疗实践（图 6）。有关这些配方的更多信息包含在表S1（辅助资料中）中。根据最近的市场分析以及基于LNPs的已上市药物的摘要（表 S1），图7显示了在全球脂质体药物递送市场运营中的主要参与者。LNPs在药物递送中最大的单一应用是在癌症治疗中（图 6），原因是LNPs包封抗肿瘤剂的生物利用度和选择性优于游离药物。基于脂质的纳米载体可降低抗癌药物对正常组织的毒性，增加疏水性药物的水溶性，延长药物停留时间，并改善对药物释放的控制。LNPs还通过增强的渗透性和保留 (EPR) 效应提高癌症治疗的功效。肿瘤中快速但有缺陷的血管生成导致血管具有大的窗孔（尺寸> 100 nm），LNPs可以很容易地通过这些窗孔。因此，肿瘤血管对 LNPs 的渗透性要高得多，从而在静脉内给药时允许它们选择性地积聚在肿瘤中。此外，肿瘤中功能失调的淋巴引流降低了LNPs离开肿瘤的速度，从而提高了它们的保留。由于EPR效应，LNPs在肿瘤中的积累允许纳米颗粒在肿瘤细胞附近选择性地释放抗肿瘤剂。Doxil是最早获批的抗癌纳米制剂，也是最早获批的脂质体药物。该配方旨在改善蒽环类药物阿霉素的药代动力学和生物分布，虽然阿霉素是一种强效抗癌剂，但是其具有心脏毒性。利用Doxil的 EPR效应，空间稳定的纳米颗粒（~100 nm）不仅可以延长人血浆中的循环时间，同时能够降低阿霉素的心脏毒性。Doxil被开发用于能够治疗晚期卵巢癌、多发性骨髓瘤和HIV相关的卡波西肉瘤的静脉注射剂。Doxil的LNPs成分包含有氢化大豆磷脂酰胆碱、胆固醇和DSPE-PEG2000。第二大类脂质体药物包括杀真菌剂（图 6）。如两性霉素B是一种广谱多烯抗生素，几十年来一直在医学上使用，被认为是治疗侵袭性真菌感染的金标准。它以细胞膜为靶点，与含胆固醇的哺乳动物细胞膜相比，对真菌细胞典型的含麦角甾醇的膜表现出更高的亲和力。虽然它具有很高的抗真菌活性，但两性霉素B也有严重的副作用，尤其是肾毒性。它是两亲性的，具有复杂的自缔合行为，不同类型的聚集体表现出不同的溶解度和毒性；聚集状态同样也与药物疗效相关。因此，控制药物的聚集状态可以增强其治疗效果并降低其毒性。这种聚集控制已通过脂质纳米制剂实现。已经开发了几种基于脂质的两性霉素 B 纳米颗粒制剂（图 6；表 S1），它们表现出良好的药代动力学特征并显着降低了这种药物的副作用。核酸治疗剂是一类新兴的药物，显示出治疗各种疾病的潜力。然而，由于核酸是多价阴离子和高度亲水性分子，它们几乎不被细胞吸收。它们也很容易被血液中的核酸酶降解。因此，它们需要递送载体才能进入细胞并发挥作用。LNPs载体是递送核酸药物的成功方法之一。核酸药物 Patisiran (ONPATTRO) 是一种用 LNPs制作的siRNA制剂，能够减少肝脏中转甲状腺素蛋白的形成，并最近获得 FDA 批准用于治疗遗传性转甲状腺素蛋白介导的淀粉样变性。它是最早获批的siRNA药物和最早的LNPs配方核酸药物，标志着核酸治疗药物发展的重要里程碑。LNPs在COVID-19 mRNA 疫苗中的应用。最新成功应用的LNPs是作为辉瑞/BioNTech和Moderna最近批准的两种COVID-19信使RNA（mRNA）疫苗的递送载体，这些疫苗以无与伦比的速度开发，并在疾病预防方面显示出显着的效果。这些疫苗将编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白的 mRNA 递送到宿主细胞的细胞质中；然后mRNA被翻译成刺突蛋白，充当抗原并导致对病毒的免疫反应。图 S2 （辅助资料中）描述了mRNA介导的疫苗的作用机制。两种 mRNA 疫苗的脂质纳米颗粒的组成非常相似。两者都含有可电离的脂质，该脂质在低 pH 值时带正电（使 RNA 络合），在生理 pH 值时呈中性（减少潜在的毒性作用并促进有效载荷释放）。它们还含有聚乙二醇化脂质，以减少血清蛋白的抗体结合（调理作用）和吞噬细胞的清除，从而延长全身循环时间。磷脂二硬脂酰磷脂酰胆碱 (DSPC) 和胆固醇有助于将疫苗装入LNPs中（表 4）。阳离子脂质：辉瑞 (Pfizer) 疫苗成分的摩尔比为PEG-脂质：胆固醇：DSPC 的(46.3:1.6:42.7:9.4)，对于 Moderna 疫苗为 (50:1.5:38.5:10)。这些纳米颗粒的直径为 80-100 nm，每个脂质纳米颗粒包含大约 100 个 mRNA 分子。用于制作COVID-19疫苗的纳米颗粒是特有的阳离子脂质-ALC-0315(Pfizer)和SM-102(Moderna)（图 8）；两种脂质都是叔胺，它们在低 pH 值下能被质子化（因此带正电荷）。它们的烃链通过可生物降解的酯基连接，从而在 mRNA 递送后实现安全清除。mRNA 疫苗中使用的阳离子脂质含有支链烃链（图 8），可优化非层状相的形成和 mRNA 递送效率。其中PEG-脂质都是 PEG-2000 缀合物。通过在低 pH (pH 4.0) 下制备LNPs，可使得电离的脂质带正电荷，因此能够很容易的与mRNA形成复合物。微流体装置被用于将含有 mRNA 的水流与含有脂质混合物的乙醇进行混合。当快速混合时，这两种流体的成分形成纳米颗粒，并包裹住带负电荷的mRNA。临床试验中基于 LNPs 的 mRNA 疫苗和疗法。mRNA疫苗和疗法在疾病的预防和治疗方面具有很大的前景。能被LNPs在细胞内递送的mRNA可以实现在宿主细胞内表达几乎任何所需的蛋白质。基于 mRNA 的疗法的一个重要特征是插入突变的风险低。与 DNA 疗法不同，mRNA 不需要细胞核的机器来执行其任务。由于 mRNA 不会整合到宿主基因组中，因此基于 mRNA 的疗法的致癌和诱变风险降低，从而提高了它们的安全性。最后，mRNA 的生产比 DNA 的生产更容易标准化，并提供更好的可重复性。mRNA疫苗因其高效、加快的开发周期以及低成本的制造潜力从而彻底改变了疫苗的发展。如果没有LNPs递送核酸技术的进步，mRNA疫苗的快速开发是不可能的。基于LNPs的mRNA疫苗已进入针对多种传染病的临床试验，例如针对寨卡病毒、巨细胞病毒、结核病和流感的核苷修饰 mRNA 疫苗（表 5）。mRNA治疗性疫苗在针对黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌和其他实体瘤的癌症免疫治疗中具有巨大潜力（表 5）。LNPs载体对于将 mRNA 成功递送至免疫细胞的胞质溶胶至关重要，特别是对负责触发所需免疫反应的抗原呈递免疫细胞。使用 mRNA 表达治疗性蛋白质有望治疗多种疾病。蛋白质替代疗法是一种用于替代或补充患者体内缺乏或缺失蛋白质的医学疗法。它通过改造mRNA编码感兴趣的蛋白质来达到目的。LNPs是输送mRNA到细胞的首选载体，但基于LNPs的mRNA药物通常需要长时间重复给药，因此需要仔细的安全分析和测试。最早在2016年发表的研究是使用LNPs构造的mRNA用于蛋白质替代疗法，其通过使用LNPs包埋编码人类frataxin的mRNA，作为对抗 Friedreich 共济失调的潜在治疗剂。医学成像医学成像在现代精准医学中起着至关重要的作用。医学成像被用于改善疾病诊断、监测药物输送、验证对治疗的反应以及指导微创手术。传统的成像方法，如磁共振成像 (MRI)、计算机断层扫描 (CT)、正电子发射断层扫描 (PET) 和单光子发射计算机断层扫描 (SPECT)，其分辨率和特异性有限。纳米粒子递送系统，如LNPs，其多功能表面的功能化为提高这些成像方法的分辨率和特异性提供了机会。由于 EPR 效应，脂质体比正常组织更容易积聚在肿瘤组织中。放射性标记的脂质体已应用于各种癌症的成像。放射性标记的脂质体最近的一项应用是通过定位前哨淋巴结（接收转移性肿瘤细胞的初始淋巴结）来早期检测癌症转移。各种 PET 和 SPECT 放射性同位素已与脂质体结合用作显像剂。用于放射性标记脂质体的最常见的放射性核素是锝 99m (99mTc)、铟 111 (111In) 和镓 67 (67Ga)。这些放射性核素具有不同的半衰期和光子能量，因此可以应用它们来满足特定应用的要求。例如，99mTc 的半衰期为 6 小时，可在注射后长达 24 小时成像，而 In 的半衰期更长，为 68 小时，在需要对缓慢的生理过程进行延迟成像时很有用。脂质体放射性标记有多种方法。放射性标记可以在制造过程中被封装在脂质体的水核心中或非特异性地附着在脂质体表面上。对放射性核素具有高亲和力的螯合剂可共价连接至脂质的头部基团，并在生产过程中将脂质-螯合剂缀合物添加到脂质体制剂中，从而提高其稳定性。脂质体还可以为开发 MRI 诊断提供合适的生物相容性纳米载体平台。例如，包含钆螯合脂质的脂质体，如 1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-二亚乙基三胺五乙酸 (PE-DTPA (Gd)) 已被用于静脉内以观察血管内的血栓或阻塞。将MRI造影剂包埋到脂质体中的重要优点之一是降低了制剂的毒性。治疗诊断学一词最近被创造为治疗学和诊断学的综合体。治疗诊断学是将药物和诊断技术相结合，在疾病的早期同时或依次诊断和治疗疾病。包含诊断和药剂的 LNPs 称为混合 LNPs。将荧光染料或量子态颗粒等诊断探针封装到脂质体中；同时，将阿霉素、多西他赛、顺铂、asanginex 或内皮抑素等药剂也包埋在LNPs中。例如，装载有细胞毒性药物阿霉素的脂质体-量子态颗粒混合物已被开发为治疗诊断学。将量子态颗粒封装到LNPs的脂质双层中，使得量子态颗粒在生理条件下可溶，而负载阿霉素的脂质体被肿瘤保留，比游离药物对癌细胞更具选择性，从而使LNPs能够标记和杀死癌细胞。根据CAS Content Collection，治疗诊断制剂中使用 LNPs的相关著名专利列于表 6。化妆品化妆品行业是最早认识到并在各种产品开发中采用纳米技术的进步行业之一。脂质体化妆品制剂的预期优势包括增强这些制剂的稳定性和功效以及能将成分成功渗透到皮肤中。目前正在使用多种市售的脂质体化妆品。最早加入脂质体的产品 Capture 是由 C. Dior 于 1986 年推出的。它含有胸腺提取物、胶原蛋白和弹性蛋白肽，以及大豆卵磷脂脂质体中的透明质酸。另一种在脂质体递送制剂中含有透明质酸的产品是雅诗兰黛推出的 Advanced Night Repair Protective Recovery Complex。该配方可中和和修复由紫外线产生的自由基造成的损伤，并具有保湿作用。欧莱雅推出了一种抗皱脂质体产品 Revitalift Double Lifting，其中含有前视黄醇 A。Jafra化妆品国际公司的蜂王浆精华液包括含有氨基酸、维生素和矿物质复合混合物的脂质体，以刺激细胞更新和防止皮肤皱纹。脂质体还与各种提取物、保湿剂、抗生素和蛋白质一起应用在商业产品中，用于伤口愈合、晒伤缓解、护发素、抗衰老产品和长效香水等用途。表S2（辅助资料中）包含了已上市 LNPs化妆品的摘要。营养LNPs 在食品工业和营养领域的地位日益突出。LNPs 已被用于控制各种食品和营养应用中蛋白质、酶、维生素和香料等功能成分的传递。术语“营养品”是用于描述可能提供药物和营养益处的制剂。这些配方可能涉及营养素、膳食补充剂、草药制剂以及基因工程和加工食品。最近，固体脂质纳米颗粒（SLN）和纳米结构脂质载体（NLC）在食品和膳食补充剂中的使用显着增加，因为它们具有更高的负载能力、更高的货物生物利用度和更容易大规模生产的优势。例如，SLN用于掺入与食品相关的生物活性化合物中，包括薄荷油等精油、维生素 A、B2、B12、D2 和 E 等维生素、棕榈油、椰子油、古巴香脂油、迷迭香酸、白藜芦醇、和橙皮苷。NLC用于封装食品相关的成分，如芦丁、姜黄素、槲皮素、虾青素、维生素 C、维生素 A 棕榈酸酯、α-硫辛酸和绿茶提取物。根据CAS Content Collection，营养和保健品封装和递送中使用LNPs制剂的相关著名专利如表7所示。农业LNPs已被用于农业中农用化学品的输送系统和模型膜系统的研究。根据CAS Content Collection，表8列出了与农用化学品制剂中LNPs相关的著名专利。纳米反应器LNPs 最近的一个应用是作为纳米反应器，纳米化学反应器应用于纳米技术和纳米生物技术。例如，LNPs 已被用作纳米反应器，用于金属纳米粒子的尺寸控制合成。金属纳米粒子用于电子、生物传感器和催化，也被用于生物医学应用，如成像、药物输送和光热疗法。纳米粒子的大小决定了它们的许多特性；因此，控制金属纳米颗粒的大小对于控制它们的性质和确定它们的使用适用性很重要。例如，包裹四氯金酸的纳米级脂质体被用来制备 2-5 nm 的金纳米粒子。还原剂硼氢化钠通过脂质体膜的受控扩散调节了颗粒形成动力学，并产生了具有窄尺寸分布的超小纳米颗粒。在另一个例子中，通过使用甘油作为还原剂和稳定剂，在脂质体纳米反应器中还原钯前体来制备尺寸在 1-3 nm之间的稳定钯纳米粒子。通过还原 Pd2+ 盐，能够在脂质立方相的水性中间相通道中制备直径约 5 nm 的钯纳米颗粒，并用作 Suzuki-Miyaura 交叉偶联反应的负载催化剂。使用纳米反应器的类似方法已用于非金属纳米粒子的合成。例如，已在脂质体的核心中合成了 CdS、ZnCdS 和 HgCdS 的单分散纳米晶体，并将它们用作用于沉淀或结晶的纳米反应器。纳米反应器也被提议作为治疗疾病和通过原位生产治疗剂来消除有害物质的工具。例如，抗氧化酶过氧化氢酶已被封装在含有顺铂前药共轭磷脂的脂质体中，用于增强癌症的化学-放射治疗。脂质体保护酶免受蛋白水解并增强其稳定性。该酶已经能够触发肿瘤细胞产生的过氧化氢分解，从而产生氧气，以克服缺氧诱导的肿瘤治疗抵抗。同时，包埋的顺铂前药被氧化，释放顺铂，随后的放射治疗成功地抑制了肿瘤的生长。负载在脂质体中的聚合物颗粒(Pdots)已被用于通过原位光催化生成氢来减轻炎症。含有π共轭聚合物的聚合物颗粒在暴露于光时会产生氢，而脂质体能将试剂和聚合物颗粒聚合在一起。当氢在脂质体中形成时，它会扩散穿过脂质双层，以减少患病和受损组织中丰富的活性氧 (ROS)。此外，基于脂质体的纳米反应器也可用于递送酶以消除有害物质。例如，已经探索了外源性胆碱酯酶作为有机磷毒素清除剂的能力。丁酰胆碱酯酶被包裹在脂质体中，能保护酶免受蛋白酶的水解。有机磷毒素可以通过脂质体膜扩散并被包裹的酶中和。基础科学中的膜模型几十年来，脂质模型一直用于研究与膜相关的过程和特征。相比于生物膜是具有复杂分子组织的异质多组分结构，模型 LNPs 系统更简单、更稳定，因此可以被用于研究生物膜的结构和功能。实际上，我们目前对膜脂质相行为的所有理解都源于使用脂质膜作为模型系统。基于CAS Content Collection对脂质纳米颗粒的见解在下文中，我们根据CAS Content Collection概述了当前LNPs研究领域，对2000年至2020年间与 LNPs 相关的所有文档进行了分类和量化。作为最大的人工整理的已发表科学知识合集，由CAS科学家策划的合集特别适用于对出版物的时间、研究领域、配方、应用以及化学成分的详细信息等变量的定量分析。LNPs研究出版物的概况目前，CAS Content Collection中有超过 216,000篇LNPs相关的科学出版物，包括专利和非专利（期刊文章、书籍、论文、会议摘要等），其中超过170,000篇来自2000-2020 年期间。这些文件在顶级研究领域中的分布如图 9 所示。LNPs 相关研究以专利和非专利药物研究为主。化妆品、遗传学和免疫化学研究领域的专利出版物比例最高（图 9）。图10显示了过去 20 年来这些研究领域内文献的演变分布。增长最快的研究领域是药品、食品和饲料以及化妆品。过去十年中基因研究文献数量的减少可能是由于使用脂质载体（脂质转染）为基因治疗提供 DNA 的成功结果有限。对2017年之前在全球范围内进行的基因治疗临床试验的回顾报告显示，只有 4.4% 的试验在基因递送中使用脂质载体，而大多数试验使用病毒载体。尽管LNPs在基因传递方面具有许多优势（免疫原性低、易于大规模生产以及传递大基因的能力），但由于目前的 LNPs 在传递基因方面不如病毒载体有效，因此病毒载体的使用更为频繁。最近对 RNA 疗法兴趣的增加有望改变这种看法。虽然基因治疗需要通过核膜将 DNA 输送到细胞核中，但对于 RNA 药物和疫苗来说，进入细胞质就足够了，从而提高了它们成功的机会。最近开发的使用 LNPs 作为递送剂的 mRNA 疫苗的有效性可能会重新唤起人们对 LNPs 用于核酸递送的兴趣。事实上，2021 年第一季度提交的与核酸递送相关的 LNPs 专利数量是 2020 年全年公布的此类专利数量的一半以上。关于LNPs类型的研究文件的分布如上所述，有多种类型的 LNPs，具有不同的特性和应用。随着对LNPs特性以及技术理解的提高，对它们的使用也时间的推移发生了改变。2000-2020年发表的相关文献中LNPs的类型分布如图11所示。用于脂质纳米颗粒的术语也随着时间的推移发生了变化。CAS Content Collection 中包含术语“脂质体”的出版物记录（2000-2020 年期间约147,000个）比“脂质纳米颗粒”（同一时期约26,000 个）更多，尽管“脂质纳米颗粒”形成了比“脂质体”更广泛的纳米粒类别，还包括如固体脂质纳米颗粒 (SLN)、纳米结构脂质载体 (NLC)、立方体等制剂。虽然“脂质纳米颗粒”是比“脂质体”更通用的术语，但术语“脂质体”是早在 1960 年代发现这些脂质囊泡时就发明了。“脂质纳米颗粒”一词仅在 1990 年代初（CAS Content Collection 中提到脂质纳米颗粒的最早文件是从 1992 年开始的），在纳米科学和纳米技术时代开始时才出现的。使用术语“脂质纳米颗粒”的文献数量比使用“脂质体”的文献增加得更快（图 11，插图）可能是由于其较新的造词。在 LNPs 子类别中，免疫脂质体和阳离子脂质体在文献中的报道数量最多（图 12），而在最近的领域中，出版物增长最快的是固体脂质纳米颗粒 (SLN)、立方体，尤其是纳米结构脂质载体(NLC)，由于其包括更高的载药能力、长期胶体稳定性、增强的疏水性药物的口服生物利用度和改善的药物释放特性的优势，正稳步成为许多应用的首选制剂类型（图 11）。基于LNPs的药物输送系统针对目标疾病的药物制剂相关文件在 CAS Content Collection 中的分布。如上所述，LNPs 相关研究主要由与药物输送相关的科学领域主导——药物学、药理学以及生物化学、生化方法、免疫化学和遗传学（图 9）。根据药物制剂治疗的目标疾病，通过对这些药物制剂中使用了LNPs的文件进行分类，以便于了解在实践中如何使用不同类型的 LNPs。图13显示了CAS Content Collection中的药物递送相关文件中使用LNPs制剂的治疗区域分布。LNPs主要应用于抗肿瘤药物制剂中。抗肿瘤LNPs制剂可用于治疗多种癌症；最大的单一用途（>25%）是治疗乳腺癌，超过10%的抗肿瘤制剂用于卵巢癌和肺癌，很大一部分用于治疗黑色素瘤、白血病以及前列腺癌、胰腺癌、结肠癌和胃癌（图13，插图）。与药物递送途径有关文件的分布。大多数 LNPs 药物制剂用于肠胃外、口服或皮肤给药（图 14）。表9总结了这些途径的主要优点和缺点。各种LNPs制剂及其递送途径之间的相关性。各种LNPs制剂及其递送途径之间的相关性如图 15 所示。最强的相关性是免疫脂质体用于肠胃外的应用。一些制剂（如 ethosomes）主要用于局部给药，而固体脂质纳米颗粒和纳米结构脂质载体可用于局部、口服和肠胃外给药。各种LNPs制剂与它们所对应疗法的相关性。不同类型的LNPs具有不同的优点和缺点，因此适用于不同的治疗方法。图 16 说明了 LNPs制剂和它们所对应疗法之间的相关性。免疫脂质体、空间稳定脂质体和阳离子脂质体是抗肿瘤治疗中最常用的 LNPs。能够了解的是，阳离子脂质体是基因治疗的首选制剂，而免疫脂质体是免疫治疗（包括癌症免疫治疗）的首选载体。基于LNPs的化妆品在化妆品中，LNPs 配方在防晒霜、抗衰老制剂和香水的专利中最为普遍（图 17）。纳米结构脂质载体 (NLC) 是防晒霜的首选载体，因为它们能够增强通常光不稳定的紫外线吸收剂的光稳定性，并允许它们随着时间的推移持续释放，从而减少皮肤刺激。化妆品中各种活性成分用于预防、延缓和治疗皮肤老化，例如抗氧化剂、生物生长因子、草药成分和类维生素 A。这样的制剂被称为药妆品，因为它们兼具化妆品和药物的益处。此类化妆品的配方载体包括脂质体、固体脂质纳米颗粒 (SLN) 和纳米结构脂质载体 (NLC)。在香料产品中使用纳米胶囊提高了其效果，并能够随着时间的推移而持续释放香味。基于CAS Content Collection对LNPs相关专利的见解截至 2021 年 6 月，CAS Content Collection 中有超过 45,000 项与 LNPs/脂质体相关的专利，其中 41,000 多项是在2000-2021年。大多数LNPs专利来自美国和中国的发明人（图 18）。LNPs专利申请的最大接收方是世界知识产权组织 (WIPO)。虽然从 2000年到 2020年，向 WIPO 提交的专利比例几乎保持不变，但向中国国家知识产权局（CNIPA）提交的专利比例却显着增加，从2000年占所有专利的不到 1% 增加2020年超过33% 。在此期间，向美国专利商标局 (USPTO) 提交的 LNPs 专利比例显着下降，尤其是在 2010 年至 2018 年期间（图 19）。按国家和组织划分的LNPs相关专利分布对LNPs专利增长贡献最大的五个国家是美国、中国、日本、韩国和德国。虽然美国、日本和德国在 LNPs 研究中的投入在 2000-2005 年的初始增长之后保持稳定，但中国和韩国在 LNPs 研究中的投入在同一时期持续增加（图 20）。LNPs制剂专利中最广泛使用的脂质。LNPs 中使用了许多成分，其成分由预期的形态和应用决定。除了最常见的成分-磷脂和胆固醇-LNPs通常还包括阳离子可电离脂质和 PEG-脂质缀合物（PEG-脂质），以及各种其他成分。在CAS Content Collection 中确定了约 45,000 项与 LNPs 相关的专利。在这些专利中确定了各种脂质类别中使用最广泛的成分。胆固醇(CAS RN 57-88-5)是专利中使用最多的脂质成分——超过3,200项专利使用了含有胆固醇的LNPs配方。磷脂（表 10）是LNPs中最常见的脂质类型。磷脂酰胆碱(PCs)、磷脂酰乙醇胺(PEs)、磷脂酰甘油(PGs)和磷脂酰丝氨酸(PSs)是最常见的磷脂成分。就其烃链而言，优选的磷脂种类包括饱和二肉豆蔻酰基(14:0/14:0)、二棕榈酰基(16:0/16:0)和二硬脂酰基(18:0/18:0)链，以及不饱和的二油酰 (18:1c9/18:1c9) 链（表 10）。天然来源的磷脂，例如大豆总磷脂、大豆磷脂酰胆碱、氢化大豆磷脂酰胆碱和鸡蛋磷脂酰胆碱，也常用于 LNPs 制剂中。PEG-脂质偶联物。自从发现 PEG-脂质缀合物可以显着增加空间稳定的“隐形”脂质体的循环半衰期以来，PEG-脂质已被广泛用于药物LNPs制剂中。专利中发现的主要类别 PEG 脂质列于表 11，其结构如图 21 所示。阳离子脂质。LNPs 制剂中最常用的阳离子脂质已确定并列于表 12。它们通常包含各种胺衍生物，例如 DOGS 和 DC-Chol，季铵化合物，例如 DOTMA、DOTAP、DORIE 和 DMRIE，阳离子磷脂酰胆碱，例如 EDOPC 和 EDMPC，胺的组合，例如DOSPA和GAP-DLRIE，以及脒盐，例如Vectami dine。据报道，阳离子多电荷头部基团如 DOSPA 和 DOGS 比单电荷阳离子脂质如 DOTMA、DOTAP、DC-Chol 和 DMRIE 更有效。增加的有效性可能与高电荷阳离子脂质凝聚和保护核酸的能力更强有关，但多电荷配体与核酸的结合增加也可能阻碍或抑制细胞内的核酸释放。此外，季铵盐和多胺的组合提高了递送效率。事实上，最早包含季铵和多胺部分的阳离子脂质 Lipofectamine (CAS RN 158571-62-1)，由 DOSPA 和二油酰磷脂酰乙醇胺 (DOPE) 的 3:1 混合物组成，是一种高效的转染剂。总结与展望从研究领域推断出的对LNPs成分的见解基于对 CAS Content Collection 中 LNPs 相关文件的概况分析，在选择LNPs制剂的脂质成分时，以下方面可能值得考虑。生物相容性。优选天然存在的脂质，因为它们很可能在目标物种中可代谢。LNPs制剂中使用最广泛的脂质类是磷脂，它也是生物膜脂质的主要种类。流动性。众所周知，胆固醇是脂质双层流动性的强大调节剂。它能够增强固体双层的流动性并降低液体双层的流动性。它也是生物膜的主要成分之一，具有高度的生物相容性。相态和相变温度。相态是 LNPs 的一个重要特征——它有助于LNPs的稳定性和包封率，并控制LNPs与生物膜的相互作用和载物释放。也应考虑LNPs中单个脂质的相变温度及其混溶性。通常，具有较长烷基链和较高饱和度的脂质具有较高的相变温度。电荷（zeta 电位）。LNPs的电荷会影响它们的稳定性、载物释放率、它们在血液中的循环半衰期以及它们与生物膜的融合。天然存在的膜脂要么是两性离子的（PCs、PEs），要么是带负电荷的（PGs、PSs）。在许多应用中，例如核酸递送，带正电荷脂质的存在是有益的，这导致了合成阳离子脂质的开发和使用。由于阳离子脂质不是细胞的天然成分，因此应考虑其生物相容性及其降解产物的毒性。LNPs的毒性特别与包括阳离子脂质在内的制剂相关，阳离子脂质是合成的，其毒性可能未知或已在生物系统中观察到。在许多情况下，LNPs 制剂中阳离子脂质的有效性与毒性增加有关。例如，多价阳离子脂质在 LNPs 制剂中比单价阳离子脂质更有效，但对细胞的毒性也大得多。对与天然脂质结构相似的阳离子脂质的鉴定，阳离子脂质被证明在LNPs中是有效的，如阳离子乙基磷脂酰胆碱或阳离子胆固醇，可能会产生减少副作用的LNPs。尺寸大小是确定 LNPs 循环半衰期和药物包封的关键参数。LNPs 的大小很大程度上取决于它们的制备方式。超声、挤压和微流体是最常被用于控制 LNPs 尺寸的方法。循环时间和吞噬吸收。用惰性聚合物（如 PEG）包覆LNPs，通过防止吞噬细胞到达LNPs表面并通过空间位阻抑制它们摄取LNPs的能力，大大延长了它们在血液循环中的停留时间。载物释放。有效的LNPs依赖于稳定性和载物释放之间的微妙平衡。LNPs 需要足够稳定，才能安全地将载物运送到目标，但又能够分崩离析，以便在所需位置释放载物。在许多情况下，外部刺激可用于促进药物释放。例如，当所需位置的 pH 值与其他位置的 pH 值不同时，可电离的脂质可以促进药物在所需位置的释放。含有阳离子脂质的 LNPs 的载物释放也可以通过与生物膜的脂质交换来触发，从而诱导非层状相的形成。包封效率和稳定性。用固体脂质纳米颗粒（SLN）或特别是用纳米结构脂质载体（NLC）代替传统的脂质体制剂可以显着提高脂质纳米载体的稳定性和包封效率。观点纳米技术极大地拓宽了科学领域，尤其是医学领域。由于它们的小尺寸和高表面积，诸如 LNPs 的药物纳米制剂具有与相应的散装材料不同的性质，并且纳米颗粒药物制剂的生化、电子、磁性和光学性质的变化已被用于提高疗效。因此，纳米医学在针对多种疾病的现代药物治疗方面取得了令人瞩目的进展。将纳米技术策略应用于药物递送提高了传统药物载体系统的有效性、选择性、停留时间和生物分布，同时减少了它们的局限性。此外，纳米颗粒药物制剂降低了常规药物的毒性并提高了溶解度和生物利用度。通过化学优化其分子结构以实现可调节的体内生物降解性，在合成和筛选功能化脂质纳米材料方面的持续努力将促进开发更通用、高效和生物相容的运载工具。随着试图解决个性化医疗需求研究的进行，正在设计开发出更复杂和多功能的纳米载体。具有复杂结构的 LNPs 旨在克服精确或个性化医学要求的个体患者或疾病状态所特有的生物障碍。精准医疗的目标是利用患者信息，如遗传特征、年龄、生活方式、环境条件或合并症，以开发个性化的治疗方法。量身定制的纳米载体设计，根据患者数据进行调整，并为渗透特定障碍进行设计，可以显着改善精准医学疗法的交付和响应。LNPs 在医学中的使用可能会显着扩大。纳米结构脂质载体和可电离阳离子纳米粒子等具有增强药物递送特性的LNPs类型和品种的开发为LNPs制剂带来了进一步的优势，扩大了其应用前景。LNPs 在基因编辑、疫苗开发、免疫肿瘤学和其他基因疗法依赖于将核酸有效递送到细胞中的基因医学中具有巨大的前景。与其他基因和疫苗递送系统相比，LNPs具有的优势是因为它们更容易制造，免疫原性更低，可以携带更大的有效载荷，并且可以设计用于多种剂量。核酸治疗剂是一类新兴的药物，显示出治疗疾病的潜力。LNPs 已成为此类药物成功且有效的载体。成功使用 LNPs 作为 COVID-19 mRNA 疫苗的递送载体可能会拓宽对mRNA疫苗研究的视野。从材料科学的角度来看，LNPs 在医学上的成功很重要，因为它促进了进一步的基础和应用纳米粒子研究。LNPs 在金属纳米粒子的受控合成中的使用对于扩大其在显示技术和其他用途中的使用也可能很重要。LNPs 技术在其他领域的发展也很显著。许多化妆品已经上市，还有更多正在开发中。营养、保健品、农业化学和纳米反应器等其他领域已经在探索基于脂质纳米封装的好处。此外，LNPs还可能具有环保的应用，例如金属解毒。基于目前的进展和成就，LNPs当然可以被认为是现代纳米技术中最有利和最有前途的领域之一。原文来源：Lipid Nanoparticles─From Liposomes to mRNA Vaccine Delivery, a Landscape of Research Diversity and Advancement.ACS Nano 2021, 15, 11, 16982–17015.https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1021/acsnano.1c04996识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。

​从脂质体到 mRNA 疫苗递送—脂质纳米颗粒多样性以及先进性的研究前景

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