A Bioorthogonal DesilylationSystem Potentiates mRNATherapeutics in Tumors

化学 信使核糖核酸 翻译(生物学) 生物正交化学 下调和上调 基因敲除 内体 细胞生物学 胞浆 生物化学 细胞内 电穿孔 基因表达 蛋白质生物合成 癌症研究 外体 阿霉素 脂锚定蛋白 运输机 转染 肿瘤微环境
作者
Mingzhe Zhang,Chunhong Wang,Xiaohan Xu,Zexuan Ding,Junyi Chen,Zhibin Guo,Zhibo Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c09548
摘要

Abstract Lipid nanoparticle (LNP)-mediated mRNA delivery has emerged as a powerful therapeutic modality, yet its clinical translation in oncology remains constrained by inherent hepatic tropism and inefficient endosomal escape. These limitations necessitate high-dose administration, which triggers lipid-associated toxicity and off-target protein expression in the liver. To overcome these barriers, we report a cleavable silyl-ether-based bioorthogonally activatable LNP platform, termed SiLNP, that enables tumor-specific activation and cytosolic mRNA release. We engineered ionizable lipids incorporating silyl ether structural fuses that respond to a phenylalanine trifluoroborate (Phe-BF3) trigger. This system leverages the upregulated transporter LAT-1 to actively import Phe-BF3 into tumor cells, where it triggers lipid desilylation and rapid cargo release. In vitro, SiLNPs demonstrated controllable external control over mRNA expression, achieving a 44-fold enhancement in mRNA expression compared to standard SM-102 LNPs with a 10-fold activation-to-silent ratio. In immunologically “cold” B16–F10 melanoma models, SiLNPs encoding the N-terminal domain of gasdermin D (GDNT) induced tumor-specific pyroptosis, resulting in tumor growth inhibition without detectable systemic toxicity. Furthermore, this platform demonstrated versatility by delivering immunomodulatory mRNAs, including IL-2 and Cxcl9. Taken together, this work presents a metabolically targeted, bioorthogonal-activated delivery strategy to address the selectivity and efficiency limitations of current mRNA medicines, providing a promising platform for precision oncology.
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