肽库构建与LNP表面修饰，研究成功设计并合成了包含18种不同肽序列的小规模肽库，这些肽序列由1至8个精氨酸（R）、赖氨酸（K）、组氨酸（H）、天冬氨酸（D）、谷氨酸（E）或苏氨酸（T）组成，并通过半胱氨酸残基与DSPE-PEG共价连接，形成DSPE-PEG-肽复合物（图1b）。利用微流控混沌混合器，研究将这些肽修饰的DSPE-PEG与离子化脂质（MC3）、胆固醇、辅助脂质（DSPC）以及mRNA在乙醇和柠檬酸盐缓冲液中自组装成LNPs（图1c,d）。
体内器官选择性递送评估，将修饰后的LNPs（POST-LNPs）与Luciferase（Luc）mRNA复合后，通过尾静脉注射至C57BL/6小鼠体内。3小时后，通过腹腔注射D-荧光素，并使用IVIS Lumina系统对主要器官进行离体成像。结果显示，与未修饰的LNPs（TLNP）相比，6R-LNP（修饰有6个精氨酸的肽）在肺组织中表现出显著的Luc表达，而6D-LNP（修饰有6个天冬氨酸的肽）则在脾脏中表现出特异性表达。值得注意的是，3R-LNP（修饰有3个精氨酸的肽）主要在肝脏中表达（图1f-l）。这些结果证实了POST编码在器官选择性mRNA递送中的有效性。
Fig. 1 | Concept of the POST platform.
肽长度与序列敏感性分析，通过系统改变肽中精氨酸的数量（从2到10），研究发现6R-LNP具有最佳的肺选择性，而5R-LNP和7R-LNP则失去了肺特异性，转而在肝脏中表达（图2a）。类似地，通过调整组氨酸的数量，研究发现9H-LNP表现出肝脏特异性，而添加或删除1-2个组氨酸残基则显著改变了其器官选择性（图2b, c）。
这些结果表明，POST编码的器官选择性对肽长度和序列高度敏感。
单氨基酸突变实验，为了进一步探究POST编码的特异性，研究将6R-LNP中的最远端精氨酸替换为赖氨酸（K），发现这一突变完全消除了其肺选择性（图2e-h）。尽管6K和8K肽也表现出一定的肺靶向效果，但单氨基酸突变实验表明，6R-LNP的肺选择性对单个氨基酸的变化高度敏感。
递送效率优化，通过改变D、E和T的排列顺序，研究设计了多种脾脏特异性POST编码。尽管这些编码的器官选择性相似，但递送效率存在显著差异。其中，双E突变体（如DDEEDD）在脾脏中的递送效率最高（图2i-l）。这些结果揭示了POST编码在调控递送效率中的关键作用。
Fig. 2 | Tuning organ selectivity and delivery efficiency by peptide codes.
蛋白冠层分析与差异吸附蛋白鉴定，为了探究POST编码的分子机制，研究将LNPs与小鼠血浆在37°C下共孵育30分钟，然后通过超速离心分离出蛋白冠层复合物。通过SDS-PAGE和质谱分析，研究发现POST-LNPs的蛋白冠层由超过500种血浆蛋白组成（图3a）。与TLNP相比，6R-LNP和6D-LNP的蛋白冠层在免疫球蛋白、凝血蛋白和其他蛋白类别中的比例存在显著差异（图3b-e）。特别是，Vtn蛋白在6R-LNP的蛋白冠层中高度富集（图3e），这可能是其肺选择性的关键因素。
分子动力学模拟与结合亲和力分析，为了深入理解肽-蛋白冠层的相互作用，研究利用分子动力学模拟分析了polyR肽与Vtn蛋白的结合机制。结果显示，polyR-Vtn复合物的结合涉及多种相互作用力，包括伦敦色散力、氢键、库仑力和偶极-偶极相互作用（图3h）。随着精氨酸数量的增加，polyR-Vtn的结合强度先增强后减弱，在6R时达到最优（图3k）。这一结果与体外和体内实验结果一致，进一步证实了Vtn在6R-LNP肺选择性中的关键作用。
Fig. 3 | Mechanism of organ selectivity by POST code.
Fig. 4 | Rational design of peptide codes to direct organ tropism of LNP.
不同LNP配方的适用性，为了验证POST平台的普适性，研究更换了离子化脂质（如SM-102、ALC-0315和LP01）和辅助脂质（如DOPC、DOPE和HSPC），发现POST-LNPs的器官选择性保持不变（图5a-j）。这一结果表明，POST平台具有广泛的适用性，不受LNP具体化学结构的影响。
多基因编辑工具与额外器官的靶向递送，通过共递送Luc和EGFP mRNA，研究证明了POST-LNPs能够实现肺和脾脏的同时特异性表达（图5k-m）。此外，通过调整POST编码和LNP配方，研究成功实现了对胎盘、骨髓、脂肪组织和睾丸等额外器官的靶向递送。这些结果进一步拓展了POST平台的应用范围。
Fig. 5 | POST codes as a generally applicable platform.
器官选择性基因编辑，为了验证POST平台在基因编辑中的应用潜力，研究递送了Cre mRNA和CRISPR/Cas9系统至mTmG和Ai14转基因小鼠体内。结果显示，POST-LNPs成功实现了对肝脏、肺和脾脏的特异性基因编辑（图6a-f）。此外，通过递送Cas9 mRNA和sgRNA，研究成功编辑了肝脏、肺和脾脏中的Pten和Pcsk9基因，并观察到相应的功能变化（图6g-n）。这些结果证实了POST平台在基因治疗中的巨大潜力。
Fig. 6 | POST codes enable organ-selective gene editing.
