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糖皮质激素预处理显著提高LNP-mRNA介导的蛋白表达和基因编辑效率

2025年02月27日 16:48 来源:迈安纳(上海)仪器科技有限公司

脂质纳米颗粒(LNPs)作为非病毒型mRNA递送系统中最有前景的方法之一,在临床应用中展示了巨大潜力。然而,体内递送LNP-mRNA仍面临诸多挑战,这阻碍了LNP到达其靶细胞。本研究致力于通过调控参与LNP代谢的内在调节机制来增强LNP递送。实验结果表明,激活糖皮质激素(GC)通路显著提高了LNP-mRNA在小鼠和猴子中的全身递送效率,提升幅度高达4倍。这种增强作用主要归因于GC介导的循环和肝脏中巨噬细胞吞噬作用的抑制,从而增加了肝细胞中LNP的积累。本文阐明了GC预处理能够改善LNP介导的蛋白替代治疗和CRISPR/Cas9基因编辑治疗的疗效,这为提升RNA基蛋白替代和基因编辑治疗的全身递送效率提供了一种实用策略,同时也凸显了通过操控内源性机制来优化外源性基因递送的潜力。



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研究结果


1.1 糖皮质激素预处理增强LNP-mRNA在动物模型中的表达:


我们选用长效糖皮质激素地塞米松(DEX)作为预处理药物,分别在小鼠和猴子中进行了实验。通过尾静脉注射给予DEX预处理后,再注射包裹有治疗性mRNA的LNPs。实验结果显示,DEX预处理显著提高了系统递送的mRNA在两种动物模型中的表达水平,优化后的改善效果高达四倍。这一结果表明,DEX预处理能够增强LNP-mRNA在体内的稳定性和递送效率。


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图一、地塞米松提高ALC-0315 LNP的小鼠表达


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图二、不同地塞米松给药剂量和给药时间点的研究


1.2 DEX预处理改善LNP的药代动力学特性:


为深入探究DEX预处理改善LNP-mRNA递送的机制,我们进行了药代动力学研究。实验结果显示,DEX预处理能够显著抑制循环和肝脏中巨噬细胞对LNPs的吞噬作用,从而提高LNPs在肝脏中的积累。此外,体外研究还表明,DEX能够适度增强肝细胞对LNPs的细胞内摄取。这些结果表明,DEX预处理通过改善LNPs的药代动力学特性,提高了其在体内的递送效率和治疗效果。


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图三、地塞米松对LNP的小鼠体内药代动力学的影响


1.3 DEX预处理对不同细胞类型LNP摄取行为的影响:


我们还观察了DEX预处理对不同细胞类型LNP摄取行为的影响。实验结果显示,DEX预处理对肝细胞和巨噬细胞的LNP摄取行为具有显著影响。具体而言,DEX预处理能够显著提高肝细胞对LNPs的摄取效率,同时降低巨噬细胞对LNPs的摄取效率。这一结果表明,DEX预处理通过调节不同细胞类型对LNPs的摄取行为,优化了LNP在体内的分布和递送效率。


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图四、地塞米松对LNP的小鼠肝脏细胞摄取和表达的影响


1.4 DEX预处理提高LNP介导的基因替代和CRISPR/Cas9基因编辑治疗的疗效:


为验证DEX预处理对LNP介导的基因治疗的具体疗效,我们选择了不同的治疗模型进行实验。在基因替代治疗中,我们观察到DEX预处理组小鼠的血清人促红细胞生成素(hEPO)水平显著高于未预处理组,表明DEX预处理能够显著提高LNP-hEPO mRNA在体内的表达效率和治疗效果。在CRISPR/Cas9基因编辑治疗中,我们选择了PCSK9基因作为靶点,通过尾静脉注射给予LNP包裹的Cas9 mRNA和sgRNA。实验结果显示,DEX预处理组小鼠的肝脏PCSK9基因编辑效率显著高于未预处理组,同时血清PCSK9和总胆固醇水平也显著降低。这一结果表明,DEX预处理能够显著提高LNP-CRISPR/Cas9基因编辑治疗的疗效。


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图五、地塞米松提高LNP的小鼠体内基因编辑效率

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结论



综上所述,本研究建立了一种通过激活糖皮质激素来增强系统递送的LNP-mRNA疗效的实用策略,证明了其在RNA基蛋白替代和基因编辑治疗中的潜力。这种改善主要归因于抑制了位于循环和肝脏中的巨噬细胞对LNP的吞噬作用,从而提高了肝细胞中LNP的积累。这一发现为优化LNP-mRNA递送和拓宽其在基因治疗中的应用提供了重要依据。未来,将进一步研究DEX预处理对其他类型细胞和组织的LNP递送效率的影响,并探索其机制,以期为更多疾病的治疗提供新的策略。



参考文献:Li, Li, et al. "Glucocorticoid pre-administration improves LNP-mRNA mediated protein replacement and genome editing therapies." International Journal of Pharmaceutics (2025): 125282.


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