随着基因治疗和mRNA疫苗的快速发展，LNPs作为核酸药物递送的关键载体，其安全性和有效性评估至关重要。然而，LNPs在不同物种间的递送效率存在显著差异，且传统NHPs实验因伦理和成本限制难以大规模开展。最近James E. Dahlman团队在nature biotechnology发表题为“Lipid nanoparticle screening in nonhuman primates with minimal loss of life”的研究。本研究旨在通过利用终末期NHPs，结合条形码技术，实现LNPs的高通量筛选，以减少动物使用并提高筛选效率。

01
实验结果

LNPs的制备：成功制备了72种化学组成不同的LNPs，这些LNPs包含了可电离脂质SM-102、胆固醇、三种不同的PEG-脂质以及三种不同的两性离子辅助脂质。通过微流控技术，将每种LNPs与编码aVHH的mRNA及特定的DNA条形码混合，形成了条形码化的LNPs库。

LNPs的表征：使用动态光散射（DLS）技术测量了LNPs的水合直径和多分散性指数（PDI）。结果显示，71种LNPs的PDI低于0.4，表明它们具有良好的单分散性。进一步筛选后，50种LNPs的封装效率高于85%，其中含DOPC的LNPs封装效率相对较低。经过冷冻-解冻循环后，45种LNPs仍保持良好的物理性质，水合直径在50-150 nm之间，PDI低于0.3。

Fig. 1 | Barcoded LNPs can be frozen and thawed.

动物实验：将LNPs库静脉注射至C57BL/6J小鼠和终末期NHPs（包括健康对照和胃肠道炎症动物），24小时后收集肝脏、脾脏、骨髓和血液。通过流式细胞术和条形码测序分析，发现与未处理的小鼠相比，注射LNPs的小鼠在13种细胞类型中显示出显著的aVHH表达。在健康对照NHPs中，22种细胞类型中有22种显示出显著的aVHH表达；在胃肠道炎症NHPs中，22种细胞类型中有19种显示出显著的aVHH表达。

递送效率比较：与小鼠相比，NHPs中LNPs的递送效率显著更高。在比较了18种从小鼠和NHPs中分离的细胞类型后，发现NHPs细胞中的aVHH+细胞百分比显著高于小鼠细胞。特别是在肝脏中，NHPs的肝细胞和其他免疫细胞类型中的aVHH表达水平显著高于小鼠。此外，在NHPs的脾脏和骨髓中也观察到了广泛的LNPs递送。

Fig. 2 | Species-dependent LNP delivery.

细胞类型识别与LNPs递送分析发现LNPs不仅递送至肝细胞，还广泛递送至多种免疫细胞类型。在肝脏中，识别出15种细胞类型，其中库普弗细胞的aVHH表达最高；在脾脏中，识别出18种细胞类型，其中巨噬细胞和B细胞表现出较高的aVHH表达；在骨髓中，识别出20种细胞类型，包括多种髓系细胞和造血干细胞/祖细胞。值得注意的是，在CD34+细胞簇中观察到了aVHH阳性细胞，表明LNPs能够转染造血干细胞/祖细胞。

Fig. 3 | Single-cell multiomics readout of functional LNP delivery in NHP

差异表达基因分析：通过差异表达基因分析，发现多个脂蛋白受体编码基因（如LRP1、LDLRAD3和MSR1）在LNPs递送效率高的细胞中显著上调。这些基因与细胞内吞作用和物质运输相关，提示它们可能在LNPs的体内递送中发挥重要作用。

基因表达与LNPs递送效率的相关性：通过计算LDL复合物评分（基于LRP1、LDLRAD3和MSR1的表达水平），发现细胞中LDL复合物评分与aVHH表达水平呈正相关。这一发现提示，脂蛋白受体可能在LNPs的体内递送中发挥重要作用。

Fig. 4 | LDL receptors are associated with the functional delivery of LNPs across multiple tissues.

02
小结

脂质纳米颗粒（LNPs）作为核酸药物递送的重要载体，在临床前研究中展现出巨大潜力。然而，由于跨物种预测性差及伦理限制，LNPs在非人灵长类动物（NHPs）中的评估面临挑战。本研究通过创建包含条形码的LNPs库，利用终末期NHPs（因自发疾病需安乐死的动物）进行LNPs的高通量筛选，旨在减少动物使用并评估LNPs在NHPs中的递送效率。结果显示，NHPs中LNPs的递送效率显著高于小鼠，且多个脂蛋白受体可能与LNPs的递送相关。本研究为LNPs的优化提供了新的实验模型和数据支持。