Introduction

Les nanoparticules lipidiques (LNP) représentent la plate-forme technologique centrale pour l'administration de médicaments ARNm, permettant un transport efficace de l'acide nucléique en imitant les structures de membrane cellulaire Cet article fournit une analyse professionnelle de la composition LNP, des étapes clés de la livraison transmembranaire et des mécanismes moléculaires sous-jacents

I Composition et caractéristiques structurelles des LNP

Les LNP sont constitués des composants centraux suivants:

1 Lipides cationiques / ionisables (par exemple, SM-102, ALC-0315)

- Fonction: chargée positivement dans des conditions acides pour se lier à l'ARNm chargé négativement via des interactions électrostatiques; Neutre au pH physiologique pour réduire la toxicité

- Rôle critique: conduisez l'auto-assemblage du LNP dans une structure de coque à caractéristique encapsulant l'ARNm

2 Lipides d'assistance (par exemple, DSPC, cholestérol)

- DSPC (1,2-disailearoyl-sn-glycéro-3-phosphocholine): améliore la stabilité de la membrane et favorise la fusion avec des membranes cellulaires cibles

- Cholestérol: module la fluidité de la bicouche lipidique et améliore la stabilité sérique des LNP

3 Lipides PEGylated (par exemple, DMG-PEG2000)

- Fonction: Réduisez l'agrégation LNP par obstacle au stérique, prolongez le temps de circulation et régulez la taille des particules (généralement 60●€“100 nm)

Ii Processus de livraison transmembranaire de l'ARNm encapsulé par le LNP

1 Ciblage cellulaire et endocytose

- Mécanismes de ciblage: les LNP s'accumulent dans les cellules cibles (par exemple, les cellules musculaires, les cellules immunitaires) via un ciblage passif (perméabilité et rétention accrue, effet EPR) ou ciblage actif (modification du ligand)

-Comuriations endocytaires: les LNP pénètrent dans les cellules via une endocytose médiée par la clathrine ou une absorption dépendante des cavéoles, formant des endosomes précoces

2 Évasion endosomale

- Mécanisme sensible au pH:

- acidification endosomale (pH 5 0●€“6 0) déclenche la protonation des lipides ionisables, induisant la réorganisation structurelle du LNP

- Les lipides cationiques interagissent avec les phospholipides anioniques (par exemple, la phosphatidylsérine) dans les membranes endosomales, perturbant les membranes via "l'effet éponge de proton" ou la fusion membranaire pour libérer l'ARNm dans le cytoplasme

3 Libération cytoplasmique et traduction de l'ARNm

- Mécanisme de libération: suivant la désintégration de la membrane lipidique, l'ARNm diffuse ou est chaperon en ribosomes

- Initiation de la traduction: l'ARNm libre utilise des facteurs d'initiation de la traduction eucaryote (complexes EIF4E / EIF4G) pour synthétiser les protéines (par exemple, la protéine de pointe SARS-CoV-2 dans les vaccins)

Iii Mécanismes moléculaires clés et stratégies d'optimisation

1 Amélioration de l'efficacité d'évasion endosomale

- Utilisez des lipides avec des chaînes de queue insaturées (par exemple, Dlin-MC3-DMA) pour améliorer la fusion membranaire

- Incorporer les peptides sensibles au pH (par exemple, le peptide de gala) pour aider à la perturbation de la membrane

2 Réduire l'immunogénicité

- Optimiser les rapports lipidiques pégylés pour éviter une clairance sanguine accélérée (phénomène ABC)

- Purifiez les LNP pour éliminer l'ARNm libre, minimisant les risques d'activation TLR7 / 8

3 Livraison spécifique aux tissus

- Ajuster la charge de surface LNP (presque neutre ζ-Potential) pour le ciblage des hépatocytes

- Modifier les LNP avec des ligands GalNAC pour cibler les récepteurs hépatiques asialioglycoprotéines (ASGPR)

Iv Défis techniques et orientations futures

Défis:

- Faible efficacité d'administration aux poumons, au cerveau et à d'autres tissus

- Induction potentielle des anticorps anti-PEG avec dosage répété

Avances:

- Développer des lipides biodégradables (par exemple, les lipides modifiés par ester) pour réduire la toxicité

- Tirez parti de l'IA pour une nouvelle conception de la bibliothèque lipidique et l'optimisation du LNP

Conclusion

La livraison transmembranaire d'ARNm par les LNP repose sur des interactions biologiques physicochimiques et cellulaires précises, en particulier la régulation dynamique des membranes lipidiques Bien que la technologie LNP ait propulsé les vaccins d'ARNm et les thérapies géniques dans la traduction clinique, l'optimisation continue de la précision d'administration et de la sécurité à long terme reste critique

Références

1 Hou, X et al (2021) * Nat Rév Mater * ** 6 **, 1078●€“1094.

2 Cullis, P R & Hope, M J (2017) * Mol Ther * ** 25 **, 1467●€“1475.