Gourmet Hunter

了解 COVID-19 疫苗中的纳米技术

脂质纳米颗粒是辉瑞/BioNTech 和 Moderna mRNA COVID-19 疫苗的重要组成部分, 在保护 mRNA 并将其有效运输到细胞中的正确位置方面发挥着关键作用。它们是使用纳米技术的下一代脂质体,非常适合稳定有效地递送各种治疗药物。 

尽管 mRNA 疫苗由于是一种新型药物而在全球范围内受到广泛关注,但自 1960 年代发现脂质体以来,脂质纳米颗粒在药物递送系统 (DDS) 的主流中占据了公认的地位。让我们仔细看看脂质体是什么、它们的演变以及在其他行业中的应用潜力。 


想了解更多关于脂质纳米颗粒及其新应用的信息吗?探索我们最新的白皮书“脂质纳米粒子:过去、现在和未来的机会”。


 

脂质体——脂质纳米颗粒的前体

脂质体是在水中自发形成的封闭脂质双层囊泡(见图 1A)——本质上是一个脂肪胶囊。它们是在 1960 年代被发现的,它们作为有效药物输送系统的潜力几乎立即得到了认可。在过去的几十年里,科学家们一直致力于设计脂质体来控制它们的作用位置、它们在体内循环的时间以及它们的内容物在何处和何时释放。 

脂质体已被证明是一种极其通用的纳米载体平台,因为它们可以在封闭的水性内部传输亲水性药物,也可以在脂质双层的烃链区域内传输疏水性药物(见图 1B)。 

它们在治疗、推动医学发展方面非常重要,并且已被用于抗癌、抗炎、抗生素、抗真菌和麻醉药物递送以及基因治疗递送的众多临床试验中。事实上,脂质体是第一个成功从概念走向临床应用的纳米药物传递平台。有许多已获批准的药物制剂,例如,用于递送化学抑制剂阿霉素以治疗卵巢癌的Doxil和用于递送蛋白质抗原作为肝炎疫苗的 Epaxal,还有更多正在研发中。了解它们是如何开发的将有助于我们解锁未来的潜在用途。 

示意图:(A)脂质体; (B) 包裹疏水性和亲水性药物的脂质体; (C) 用靶向配体功能化的免疫脂质体; (D) 空间稳定(“隐形”)脂质体,用惰性聚合物如 PEG 功能化

图 1. 示意图: (A) 脂质体;(B) 包裹疏水性和亲水性药物的脂质体;(C) 用靶向配体功能化的免疫脂质体;(D) 空间稳定(“隐形”)脂质体,用惰性聚合物(如 PEG)功能化。

作为靶向给药系统的进化 

尽管有它们的好处,但脂质体有几个缺点:它们在血流中的循环时间短,在人体内不稳定,并且缺乏选择性靶向。为了克服这些挑战,他们的建设有几个关键的发展: 

  1. 为了增强组织靶向性,脂质体的表面已经用配体或抗体进行了修饰,使脂质体能够识别并结合细胞上的特定受体(图 1C)。这些被称为免疫脂质体。 
  2. 为了延长它们在血流中的寿命,其表面涂有生物相容性惰性聚合物,例如 PEG(图 1D),这种聚合物未被发现
  3. 为了提供封装药物的控制释放,科学家们设计了对温度和 pH 值敏感的刺激响应脂质体。在制剂中脂质的刺激触发相变期间,膜渗透性增强。 

与传统脂质体相比,脂质纳米颗粒具有更复杂的内部脂质结构和最少的内部水性。固体脂质纳米颗粒(SLN) 和纳米结构脂质载体(NLC)的开发进一步增强了物理稳定性,解决了基于乳液的配方的主要局限性之一。立方体是最新的改进,它是高度稳定的纳米颗粒,由立方相的脂质形成,并由基于聚合物的外冠稳定。 

阳离子脂质纳米颗粒作为核酸载体

今天的许多药物分子都是小分子和生物制剂。然而,越来越多的科学家正在超越传统的生物制药,转向更复杂和更专业的疗法,包括可以在基因水平上对抗疾病的寡核苷酸(RNA、mRNA、siRNA 和基于 DNA 的分子)。  

基于核酸的药物是一种非常有趣的新型生物制剂,已经出现,采用它们的主要挑战是确保它们的有效递送。这是因为核酸的理化特性,例如负电荷和亲水性,阻止了穿过质膜的被动扩散。它们也容易受到核酸酶降解的影响。例如,游离 mRNA 在体内迅速分解,从而降低其有效性。 

为了防止这种情况并提高稳定性,需要先进的技术,这就是脂质纳米颗粒发挥作用的地方。目前,最广泛使用的非病毒载体系统包括合成的带正电荷(阳离子)脂质。它们与带负电荷的(阴离子)核酸形成称为脂质复合物的稳定复合物。由带正电荷的脂质修饰(见图 2),核酸更稳定,更能抵抗核酸酶降解。 

脂质纳米颗粒疫苗载体的建议结构

图 2. 脂质纳米颗粒疫苗载体的建议结构: mRNA 组织在纳米颗粒内部的反向脂质胶束中(A);嵌入脂质双层之间的 mRNA ( 1 )。

对 mRNA COVID-19 疫苗的过敏反应

尽管脂质纳米颗粒在药物输送方面具有明显优势,但仍有一些副作用。它们有可能引起过敏反应,特别是对于那些患有严重过敏症的人。然而,反应很少见,研究人员估计每百万第一剂辉瑞 / BioNTech COVID-19 疫苗就有 1.1 例过敏反应发生。 

两种疫苗(辉瑞/BioNTech 和 Moderna)的脂质纳米颗粒的组成非常相似:可电离的阳离子脂质、聚乙二醇化脂质、胆固醇和作为辅助脂质的磷脂二硬脂酰磷脂酰胆碱 (DSPC)。科学家认为,这些反应与疫苗的 PEG-脂质成分有关,因为使用包含更高分子量 PEG(如 PEG3350 – PEG5000)的制剂致敏的风险似乎更高。应该注意的是,mRNA 疫苗仅包含 MW PEG2000。  

 

表 1. mRNA 疫苗脂质纳米颗粒载体的成分
脂质名称 缩写
或实验室代码
CAS 登记号
辉瑞/BioNTech 疫苗 1, 21-22
((4-羟基丁基)氮杂二基)双(己烷-6,1-二基)双(2-己基癸酸酯) ALC-0315 2036272-55-4
2-[(聚乙二醇)-2000]-N,N-二十四烷基乙酰胺 ALC-0159 1849616-42-7
1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱 DSPC 816-94-4
胆固醇   57-88-5
Moderna 疫苗 2, 22-23
十八烷-9-基8-((2-羟乙基)(6-oxo-6-(十一烷氧基)己基)氨基)辛酸酯 SM-102 2089251-47-6
1,2-二肉豆蔻酰基-rac-甘油-3-甲氧基聚乙二醇-2000 PEG2000-DMG 160743-62-4
1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱 DSPC 816-94-4
胆固醇   57-88-5

mRNA 递送 LNP 的脂质结构

图 3. mRNA 递送 LNP 的脂质结构

 

脂质纳米粒子的未来应用

虽然脂质纳米颗粒正在推动药物输送的界限,但它们在药妆品、化妆品和营养品行业作为乳液的替代载体也具有巨大的潜力。

有许多有前景的应用,例如,它们是化妆品皮肤应用的理想选择,可控制活性成分的释放并增强渗透以增加皮肤水分。此外,它们出色的物理稳定性和与其他成分的相容性意味着它们可以轻松添加到现有配方中。使用这些系统意味着不需要乳化剂,使科学家能够创造出更高质量的产品。 


有关相片


更多内容