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在 mRNA 递送领域，现有非病毒递送系统存在诸多问题。为解决这些问题，研究人员利用 split-Ugi 反应合成可电离脂质聚合物，制备的纳米颗粒能高效将 mRNA 递送至肺部，实现基因编辑。这为全身基因治疗带来新希望。
mRNA 递送技术在现代医学中具有至关重要的地位，特别是在疫苗研发和基因治疗领域。自脂质纳米颗粒（LNP）递送的 mRNA 疫苗成功用于抗击 COVID-19 大流行后，寻找更安全、有效、可全身递送且具有组织特异性的非病毒递送系统成为科研热点。目前的非病毒递送系统，尽管种类繁多，但仍面临不少挑战。一方面，要确保 mRNA 分子在体内不被降解，同时还要让纳米颗粒顺利进入靶细胞，这需要合适的化学基团来实现 ；另一方面，mRNA 需从内体逃逸，才能在细胞内有效翻译为功能蛋白。此外，mRNA 的大小和复杂性也会影响递送效果，较大的 mRNA 分子不仅易被核酸酶降解，而且包装效率低，导致后续蛋白表达效率降低，还增加了生产成本。因此，开发一种通用的系统，能够高效封装和递送各种大小的 mRNA，对推动 mRNA 治疗的临床应用具有重要意义。
为了解决这些难题，来自美国俄勒冈州立大学药学院、芬兰赫尔辛基大学等机构的研究人员开展了深入研究。他们利用多组分 split-Ugi 反应合成阳离子聚（乙烯亚胺）（PEI）衍生物，构建了功能性可电离脂质聚合物库。通过一系列实验，研究人员取得了重要成果，这些成果发表在《Nature Communications》上。这一研究为 mRNA 递送和基因治疗领域带来了新的突破，有望推动相关疾病治疗的发展。
在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是 split-Ugi 反应，用于合成线性 lipo-PEI 衍生物，通过该反应引入不同的功能基团，以探究聚合物结构对转染效率的影响。其次是制备聚合物 - 脂质杂化纳米颗粒的两步法，先形成阳离子复合物，再用脂质膜包裹，以此优化纳米颗粒的性能。此外，研究还运用了多种检测技术，如核磁共振光谱（NMR）用于分析聚合物的结构和功能化程度；动态光散射（DLS）测定纳米颗粒的粒径和电位；以及多种细胞实验和动物实验技术，用于评估纳米颗粒的转染效率、体内疗效等。
下面来看具体的研究结果：
- 修饰 PEI 的合成：利用 split-Ugi 反应合成修饰 PEI，通过调整反应条件，实现了对多种试剂的有效整合。尽管羧酸试剂的掺入存在一定问题，但总体反应顺利。研究人员合成了 155 种聚合物，为后续筛选提供了丰富的样本。
- 聚合度和碳尾链长度的影响：通过体外筛选发现，疏水性更强的聚合物样本在 mRNA 转染中表现更好，短烷基链（如乙酸）取代的聚合物效率更高，较低摩尔质量和较高修饰密度的聚合物也更有利于转染。基于这些结果，确定了具有良好转染性能的先导聚合物 U155。
- 杂化聚合物 - 脂质纳米颗粒的优势：U155@lipids 杂化纳米颗粒在 mRNA 递送方面表现卓越，与传统的 in vivo-JetPEI? 相比，其向肺部递送 mRNA 的效率显著提高，且具有较低的体内毒性。该纳米颗粒能够特异性地将 mRNA 递送至肺内皮细胞和免疫细胞，包括 T 细胞和 B 细胞。
- 治疗效果验证：在多种疾病模型中验证了纳米颗粒的治疗效果。在 Lewis 肺癌模型中，IL-12 mRNA 负载的纳米颗粒可显著延缓肿瘤进展，延长小鼠生存期；在囊性纤维化模型中，成功递送 CFTR mRNA，恢复了 CFTR 蛋白功能；还实现了 CRISPR-Cas9 系统在肺部的高效递送和基因编辑，为相关疾病的治疗提供了新策略。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种高效的阳离子 PEI 基聚合物合成方法，并通过优化纳米颗粒配方，解决了颗粒稳定性与货物释放之间的平衡问题。U155@lipids 纳米颗粒在体内 mRNA 递送方面展现出巨大潜力，能够有效递送不同大小和复杂性的治疗性 mRNA，实现功能蛋白的表达和基因编辑。这种纳米颗粒系统的肺靶向性可能是基于被动靶向机制，即通过静电相互作用实现纳米颗粒在肺部的优先积累。然而，目前的脂质聚合物结构和脂质组成仍有进一步优化的空间，未来研究可以探索合成具有可生物降解骨架的聚合物，以进一步提升纳米颗粒的性能。总体而言，该研究为脂质纳米颗粒介导的 mRNA 递送提供了新的策略和方向，有望在多种疾病的治疗中发挥重要作用，为基因治疗领域带来新的突破和发展机遇。
