解锁小核酸药物持续递送技术

解锁小核酸药物持续递送技术

小核酸药物因其特异性强、设计简便、研发周期短、靶点丰富等优点，近年来成为生物医药领域研究的热点。然而，小核酸药物在递送过程中面临着被核酸酶降解、缺乏靶向性、难以通过细胞膜等挑战。为了解决这些问题，科学家们开发了多种持续递送系统，包括水凝胶、微球、纳米球和脂质纳米颗粒（LNP）等。本文将重点介绍这些持续递送系统的研究进展及其在小核酸药物递送中的应用。

小核酸药物专指靶向作用于RNA或蛋白质的一类寡核苷酸分子，包括反义寡核苷酸（ASO）、siRNA、aptamer等。虽然小核酸药物可以针对大部分小分子无法达到的靶标，但它们也面临一些挑战：

1. 容易被体内的核酸酶降解
2. 缺乏靶向性以及存在脱靶效应
3. 难以通过细胞膜进入细胞
4. 进入细胞后容易被内吞体和酸性溶酶体清除

针对这些挑战，科学家们主要通过以下几种方法对药物进行改进：

1. 对寡核苷酸药物的结构进行修饰，增强酶抗性
2. 通过递送系统提高靶向性，如化学偶联和脂质纳米颗粒
3. 通过缓释系统延长半衰期，如水凝胶、纳米聚合物、微针等

水凝胶

水凝胶主要通过吸收水分溶胀成三维网络，可以将RNA直接包裹或封装于纳米载体后加载至水凝胶中。研究表明，将siRNA与阳离子聚乙烯亚胺（PEI）结合，形成纳米复合物，然后加载到聚(乙二醇)二丙烯酸酯（PEG-DA）纤维蛋白中，通过紫外照射形成水凝胶微球，可以实现长达21天的药物释放。

图 1.最近基于水凝胶的 RNA 递送的临床前研究的时间表（Zhong[1]等, 2023）

图2.基于水凝胶的 RNA 递送的生物医学应用（Zhong1等, 2023）

微球

2004年，Khan等人将寡核苷酸药物包封在微球中，发现药物在给药部位可以持续存在7天。2024年，加拿大滑铁卢大学的研究团队将siRNA与PEI结合后形成纳米复合物，然后包裹至PEG-PLGA形成微球，再制备成含有聚乙烯醇的凝胶，用于阴道给药，使得药物在阴道中释放时间可以长达15天以上。

图3.水凝胶（[3]Kim 等, 2012）

纳米球

纳米球是嵌段共聚物的自组装体，具有作为纳米级治疗递送剂的巨大潜力。Tabata及其同事开发了细胞内siRNA持续递送系统，通过明胶纳米球实现siRNA的持续释放。

图4.微球在小鼠体内的（[4]Khan 等, 2004）

脂质纳米颗粒（LNP）

LNP是一种专门为核酸药物递送优化的脂质体，通常由可电离阳离子脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇(PEG)脂质组成。LNP的释放机制主要依靠体内的载脂蛋白E（apoE）和低密度脂蛋白（LDL）受体，中性的LNP吸附体内的载脂蛋白E，进而被肝细胞摄取。

图5.纳米聚合物（[5]Xiang 等, 2017）

图6.LNP技术的常用辅料[6]

图7.ssPalmO结构式（[7]Tanaka等, 2021）

综上所述，采用持续递送小核酸药物的方法大部分都处于早期阶段，且需要解决药物的细胞传染力，提高药物的包封率，同时还需要借助一些新型材料。

参考文献：

[1]Zhong R, Talebian S, Mendes B B, 等. Hydrogels for RNA delivery[J]. Nature Materials, 2023, 22(7): 818–831.

[2]Attias Cohen S, Simaan-Yameen H, Fuoco C, 等. Injectable hydrogel microspheres for sustained gene delivery of antisense oligonucleotides to restore the expression of dystrophin protein in duchenne muscular dystrophy[J]. European Polymer Journal, 2022, 166: 111038.

[3]Kim Y-M, Park M-R, Song S-C. Injectable Polyplex Hydrogel for Localized and Long-Term Delivery of siRNA[J]. ACS Nano, 2012, 6(7): 5757–5766.

[4]Khan A, Benboubetra M, Sayyed P Z, 等. Sustained Polymeric Delivery of Gene Silencing Antisense ODNs, siRNA, DNAzymes and Ribozymes: In Vitro and In Vivo Studies[J]. Journal of Drug Targeting, 2004, 12(6): 393–404.

[5]Xiang Y, Oo N N L, Lee J P, 等. Recent development of synthetic nonviral systems for sustained gene delivery[J]. Drug Discovery Today, 2017, 22(9): 1318–1335.

[6]Zong Y, Lin Y, Wei T, 等. Lipid Nanoparticle (LNP) Enables mRNA Delivery for Cancer Therapy[J]. Advanced Materials, 2023, 35(51): 2303261.

[7]Tanaka H, Takata N, Sakurai Y, 等. Delivery of Oligonucleotides Using a Self-Degradable Lipid-Like Material[J]. Pharmaceutics, 2021, 13(4): 544.