PEG 变体：LNP表面修饰用于视网膜基因编辑
脂质纳米颗粒能帮助治疗失明吗？
全球大约每2000人中就有1人因近300个基因的突变而患有遗传性视网膜疾病。
目前这类疾病的治疗依赖于基于腺相关病毒（AAV）的CRISPR-Cas9递送系统。然而，AAV的主要限制是它们有限的基因携带能力（<4.8Kb）。此外，安全性问题包括：高AAV载体整合到CRISPR诱导的DNA断裂中，以及在视网膜细胞中传递的DNA外显子形成导致Cas-9核酸酶的组成性活性。这就是为什么需要一个高效且更安全的基因递送系统来治疗遗传性视网膜疾病。
脂质纳米颗粒（LNPs）作为传递遗传物质的有希望的安全高效工具，在视网膜的微妙环境中为精确的基因组编辑提供了帮助。Onpattro作为首个获得FDA批准的LNP-RNAi药物用于治疗遗传性转甲状腺素淀粉样变性，随后2021年LNP-mRNA COVID-19疫苗的批准，推动了基于LNP的mRNA递送系统的进展。与基于病毒的基因疗法相比，LNPs显著降低了非目标活性，因为它们有效地封装了有效载荷（即核酸），内体释放和细胞递送。这些基于LNP的基因疗法配方可以有效地定制，以减少肾脏清除，并延长血液循环时间，同时不引起显著的免疫反应。此外，LNPs是一个多功能的工具，用于目标递送，因为它们可以封装一系列有效载
LNPs展示了一个核-壳结构：核心包含可电离的脂质、甾醇和核苷酸有效载荷，而壳由辅助脂质（DSPC）、可电离脂质和聚乙二醇（PEG）脂质（DMG-PEG2k）组成。虽然可电离脂质对内体逃逸至关重要，但其他组分有助于稳定性和细胞靶向（趋向性）。细胞趋向性可以通过用不同的聚乙二醇（PEG）变体修饰LNPs来进一步改变/增强。
在最近一项专注于带有PEG变体表面修饰的LNPs的研究中，研究人员在介导小鼠视网膜内的基因组编辑方面取得了显著进展。研究人员开发了三种不同表面修饰的LNPs，以高度细胞趋向性将mRNA递送到视网膜。LNPs通过胺修饰的PEG脂质（LNPs）、羧基和羧酸酯修饰的PEG（分别为LNPz和LNPx）以及未修饰的PEG脂质（LNP）进行表面修饰。此外，LNPx经过进一步修饰，允许通过称为微流体混合的过程封装编码Cas9的mRNA和引导RNA（sgRNA）。
这些组分被运送到细胞的细胞质中，在那里Cas9 mRNA被合成成一种蛋白，该蛋白与引导RNA结合。然后，引导RNA-Cas9核糖核蛋白复合物进入细胞核，定位基因组中的目标位置。这种LNP-mRNA方法允许暂时的CRISPR-Cas9酶活性，减少了组成性非目标活性的风险以及基因编辑机械整合到基因组中的可能性，这是基于AAV的基因疗法的两个基本限制。
图1：LNP的结构
研究的主要发现揭示了带有PEG变体表面改变的LNPs作为在光感受器细胞中进行基于Cas9的基因编辑的高效、更精确方法的潜力。此外，研究通过体外细胞存活测定，提供了LNPs安全性和有效性的见解。
在准确性和安全性至关重要的领域，利用带有PEG变体表面修饰的LNPs是视网膜疗法向前迈出的一大步。LNPs，具有纠正遗传性视网膜疾病背后的遗传异常的能力，为患有视力障碍的人们带来了希望之光。
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参考文献：Gautam M, Jozic A, Su GL, Herrera-Barrera M, Curtis A, Arrizabalaga S, Tschetter W, Ryals RC, Sahay G. Lipid nanoparticles with PEG-variant surface modifications mediate genome editing in the mouse retina. Nat Commun. 2023 Oct 13;14(1):6468. doi: 10.1038/s41467-023-42189-3. PMID: 37833442; PMCID: PMC10575971。
