静电吸附的多聚阴离子：重塑脂质纳米颗粒（LNPs）的摄取、转运与转染效率

在上一篇文章中，我们初步探索了脂质纳米颗粒（LNPs）在药物传递系统中的“凸起”与“空壳”结构，揭示了这些复杂结构背后的科学原理及其对药物传递效率的影响。今天，我们将继续深入这一领域，结合最新的科研成果《Electrostatic Adsorption of Polyanions onto Lipid Nanoparticles Controls Uptake, Trafficking, and Transfection of RNA and DNA Therapies》，探讨静电吸附技术在LNPs表面改性中的应用，以及这一技术对LNPs性能提升的潜力与未来展望。

静电吸附：LNPs表面改性的新篇章

随着基因治疗技术的飞速发展，mRNA和DNA等核酸药物因其能够直接调控基因表达而展现出巨大的治疗潜力。然而，如何高效、安全地将这些核酸药物递送至目标细胞，成为制约其临床应用的关键问题。LNPs作为非病毒载体，因其良好的生物相容性和高效的封装能力，成为核酸药物传递的重要工具。然而，LNPs在体内的非特异性摄取和分布，尤其是被肝脏和单核吞噬细胞系统的快速清除，严重限制了其治疗效果。

静电吸附技术的引入，为LNPs的表面改性提供了新思路。该技术通过静电相互作用，将带负电的聚阴离子（如透明质酸、聚赖氨酸衍生物等）吸附到带正电的LNPs表面，形成稳定的复合层。这种复合层不仅改变了LNPs的表面电荷特性，还赋予其新的生物学功能，如增强靶向性、减少非特异性摄取、调控药物释放等。

聚阴离子对LNPs性能的影响

1. 靶向性增强

研究表明，不同聚阴离子对LNPs的靶向性具有显著影响。例如，透明质酸（HA）作为一种天然多糖，能够与多种细胞表面的CD44受体结合，从而增强LNPs对特定细胞的靶向性。在实验中，HA修饰的LNPs在表达CD44受体的巨噬细胞中表现出更高的摄取效率和基因转染效率。这一发现为LNPs在癌症和免疫治疗中的应用提供了新的策略。

2. 非特异性摄取减少

聚阴离子层通过形成“隐形”外壳，减少了LNPs与血清蛋白的非特异性结合，从而降低了其在肝脏和单核吞噬细胞系统的摄取。这种“隐形”效果不仅延长了LNPs在体内的循环时间，还提高了其到达靶组织的机会。例如，聚赖氨酸衍生物（PLD和PLE）修饰的LNPs在多种细胞系中表现出较低的非特异性摄取，同时保持了较高的基因转染效率。

3. 药物释放调控

聚阴离子层的厚度和电荷密度对LNPs的药物释放行为具有重要影响。通过调整聚阴离子的种类和浓度，可以实现对LNPs药物释放速率的精确调控。这种调控机制有助于在特定时间和部位释放药物，从而提高治疗效果并减少副作用。

聚阴离子的选择

透明质酸（HA）：一种天然存在的多糖，广泛存在于结缔组织和皮肤中，具有与CD44受体结合的能力，常用于肿瘤靶向。

聚L-天冬氨酸（PLD）和聚L-谷氨酸（PLE）：人工合成的聚氨基酸，分别带有负电荷和可调节的降解性，用于改善药物传递的特异性。

聚丙烯酸（PAA）：具有强负电荷和良好水溶性的高分子聚合物，常用于构建“隐身”涂层，减少非特异性蛋白吸附。

LNP的制备与表面修饰

研究首先通过标准的LNP制备方法，获得了带正电荷的LNPs，并分别通过静电吸附技术，将上述四种多聚阴离子均匀附着在LNP表面，形成带负电荷的复合LNPs（LLNPs）。

图一、聚阴离子LNP的制备评价

细胞实验与转染评估

随后，研究者在多种细胞系中评估了这些LLNPs的细胞摄取、转运和转染效率。细胞系包括HEK293T（上皮细胞）、RAW 264.7（巨噬细胞）、EL4和Jurkat（T淋巴瘤细胞）。通过测定细胞内荧光素酶活性（作为mRNA转染的标记）和绿色荧光蛋白（GFP）表达水平（作为pDNA转染的标记），研究者量化了不同LLNPs的转染效率。

图二、聚阴离子LNP在不同细胞系中的摄取和转染评价

细胞摄取与转染的调控

实验结果表明，表面吸附了不同多聚阴离子的LLNPs在细胞摄取和转染效率上表现出显著差异。具体而言：

HA-LLNPs：在巨噬细胞中表现出显著的摄取和mRNA转染效率提升，这得益于HA与CD44受体的特异性结合。

PLD-LLNPs：在所有测试细胞系中均表现出较高的mRNA转染效率，且不受细胞摄取速率的限制，表现出良好的独立性和广泛性。

PLE-LLNPs：在特定细胞系中表现出较高的摄取效率，但在转染效率上并未显著提升，可能与细胞内转运机制有关。

PAA-LLNPs：表现出较低的细胞摄取和转染效率，尤其是在长时间处理下，转染效率显著下降，提示其可能具有延缓或抑制细胞内转运的作用。

图三、聚阴离子LNP的内吞和胞内共转运效果评价

转染机制的深入探索

为了进一步探究LLNPs的转染机制，研究者还通过共聚焦显微镜观察了LLNPs与细胞的相互作用。结果显示，表面吸附的多聚阴离子不仅影响了LNPs的细胞摄取速率，还显著改变了其细胞内转运路径。例如，HA-LLNPs和PLE-LLNPs更多地通过网格蛋白介导的内吞途径进入细胞，而PLD-LLNPs则可能通过其他未知途径。

图四、聚阴离子LNP的体表达效果评价

本研究充分展示了静电吸附技术在LNPs优化中的巨大潜力。通过简单而有效的静电相互作用，研究者能够精确调控LNPs的表面性质，从而达到调控LNP的体内分布和在特定细胞中的转染。

参考文献

Nabar, Namita, et al. "Electrostatic adsorption of polyanions onto lipid nanoparticles controls uptake, trafficking, and transfection of RNA and DNA therapies." Proceedings of the National Academy of Sciences 121.11 (2024): e2307809121.