分享一篇近期發(fā)表在Advanced Functional Materials上的文章，題目為Biodegradable Hyperbranched Poly(Amine-Co-Ester)-Based Polymeric Nanoparticles for mRNA Delivery。文章的通訊作者是百達(dá)聯(lián)康生物科技（深圳）有限公司的Deng Yang與美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)的Zhan Chao。
有效和安全的mRNA遞送載體是mRNA療法的關(guān)鍵，現(xiàn)有唯一商用的mRNA載體是脂質(zhì)納米粒子（LNP），但其一般通過肌肉注射或靜脈注射靶向到肝臟，在肺部給藥等其他領(lǐng)域效果不佳。
圖1. HBPA的聚合與組裝
基于聚合物納米粒子（PLP）的基因遞送系統(tǒng)逐漸興起，它們的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，且在合成上更加地經(jīng)濟(jì)與直接，而超支化聚合物相比于線性聚合物有更好的基因結(jié)合效率，有利于細(xì)胞攝取和內(nèi)含體逃逸。據(jù)此，本文作者開發(fā)了一種新型的超支化聚（胺-酯共聚物），在能合成線性聚（胺-酯共聚物）（PACE）的三種單體環(huán)內(nèi)酯、二羧酸和二乙醇胺的基礎(chǔ)上引入第四種單體三乙醇胺，通過固定的脂肪酶催化四種單體的聚合，得到超支化PACE（HBPA）并對(duì)其末端進(jìn)行修飾（HBPA-E）。作者發(fā)現(xiàn)，這種脂肪酶催化的聚合可以有效避免交聯(lián)，可控地得到超支化聚合物。這種超支化聚合物可以在更低的毒性下實(shí)現(xiàn)更好的胞內(nèi)遞送效果。
圖2. 不同支化結(jié)構(gòu)的HBPA表征
如圖2所示，作者首先表征了不同反應(yīng)時(shí)間下HBPA的分子量。反應(yīng)72小時(shí)和144小時(shí)下的分子量基本一致，證實(shí)聚合物在反應(yīng)末期并沒有發(fā)生交聯(lián)，這可能是由于脂肪酶的大位阻可以有效阻止聚合物間的交聯(lián)。通過調(diào)整N-甲基二乙醇胺（M）和三乙醇胺（T）的比例，作者得到了不同支化度的HBPA，核磁譜圖顯示另外兩種單體的峰面積比基本不變，而M和T的峰面積比隨投料比而變化，證實(shí)了聚合物結(jié)構(gòu)能夠通過投料比精準(zhǔn)控制。此外，作者通過GPC測(cè)得的黏度與分子量的關(guān)系作圖并計(jì)算其冪指數(shù)α，作者發(fā)現(xiàn)，T投料比越多時(shí)，其黏度越低，α系數(shù)越小，證實(shí)了其支化度的增加。
圖3. HBPA的mRNA轉(zhuǎn)染效率
如圖3所示，作者評(píng)估了HBPA遞送熒光素酶mRNA的能力。作者發(fā)現(xiàn)，HBPA的mRNA轉(zhuǎn)染效果顯著好于商用載體LipoMM和相應(yīng)的線性聚合物LPA，且在聚合物：mRNA比例在50：1以上時(shí)都有顯著的轉(zhuǎn)染效果。對(duì)mRNA的封裝率表征也顯示，當(dāng)比例在50：1以上時(shí)可以實(shí)現(xiàn)充分封裝，粒徑和電勢(shì)也驗(yàn)證了對(duì)mRNA封裝的成功。接下來(lái)作者對(duì)載體細(xì)胞毒性進(jìn)行檢測(cè)，HBPA相比于商用載體或線性聚合物的細(xì)胞毒性顯著降低。
圖4. HBPA在不同細(xì)胞中的轉(zhuǎn)染效率
如圖4所示，作者嘗試了不同支化度的聚合物載體在不同細(xì)胞中的遞送效果。作者發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的細(xì)胞來(lái)說，遞送效果最好的支化度不同，但都比商用轉(zhuǎn)染試劑和線性聚合物有更好的轉(zhuǎn)染效果。
圖5. HBPA對(duì)其他RNA的轉(zhuǎn)染效果
如圖5所示, 作者還評(píng)估了HBPA對(duì)自復(fù)制RNA（saRNA）和環(huán)狀RNA（circRNA）的遞送效果。結(jié)果顯示HBPA對(duì)兩種RNA都有好于LipoMM的遞送效果，證實(shí)了其作為基因遞送載體的普適性。此外，為驗(yàn)證這種復(fù)合物在運(yùn)輸儲(chǔ)存過程中的穩(wěn)定性，作者將其做成了凍干粉形式，在海藻糖或蔗糖等凍干保護(hù)劑的存在下，其轉(zhuǎn)染效率可以得到很好的保持，甚至可以超過新制備的復(fù)合物，這可能是由于凍干過程使得聚合物鏈內(nèi)相互作用更強(qiáng)，從而具有更緊密的堆積，增加了穩(wěn)定性。
圖6. HBPA的體內(nèi)轉(zhuǎn)染效果
如圖6所示， 作者評(píng)估了以肺部給藥的方式利用HBPA體內(nèi)遞送mRNA的效果。通過檢測(cè)熒光素酶的表達(dá)，作者發(fā)現(xiàn)，HBPA與PEG結(jié)合的組具有最顯著的轉(zhuǎn)染效果。通過肺部吸入法給藥，可以在24小時(shí)觀測(cè)到肺部顯著的熒光信號(hào)，而通過鼻腔給藥，則能夠在24小時(shí)觀察到鼻腔有顯著的熒光信號(hào)。相比于LNP難以通過鼻腔途徑進(jìn)行給藥，HBPA載體具有優(yōu)勢(shì)。
綜上所述，本文開發(fā)了一種基于超支化的聚（胺-酯共聚物）的聚合物納米粒子，通過脂肪酶催化合成避免了交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)支化比例通過投料比精準(zhǔn)調(diào)控。這種超支化的聚（胺-酯共聚物）具有優(yōu)于商用遞送載體和線性聚合物的RNA遞送效果，且能夠?qū)崿F(xiàn)肺部給藥。
作者：ZHR 審校：ZXY
DOI: 10.1002/adfm.202425986
Link: https://doi.org/10.1002/adfm.202425986
