Optimization of lipid nanoparticles for gene editing of the liver via intraduodenal delivery

基因敲除 基因传递 报告基因 基因组编辑 药理学 计算生物学 基因表达 遗传增强 医学 基因 生物化学 清脆的 生物
作者
Yining Zhu,Shuting S. Cai,Jingyao Ma,Leonardo Cheng,Christine Wei,Ataes Aggarwal,Wu Han Toh,Charles Shin,Ruochen Shen,Jiayuan Kong,Alan Mao,Yeh‐Hsing Lao,Kam W. Leong,Hai‐Quan Mao
出处
期刊:Biomaterials [Elsevier BV]
卷期号:308: 122559-122559 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.biomaterials.2024.122559
摘要

Lipid nanoparticles (LNPs) have recently emerged as successful gene delivery platforms for a diverse array of disease treatments. Efforts to optimize their design for common administration methods such as intravenous injection, intramuscular injection, or inhalation, revolve primarily around the addition of targeting ligands or the choice of ionizable lipid. Here, we employed a multi-step screening method to optimize the type of helper lipid and component ratios in a plasmid DNA (pDNA) LNP library to efficiently deliver pDNA through intraduodenal delivery as an indicative route for oral administration. By addressing different physiological barriers in a stepwise manner, we down-selected effective LNP candidates from a library of over 1000 formulations. Beyond reporter protein expression, we assessed the efficiency in non-viral gene editing in mouse liver mediated by LNPs to knockdown PCSK9 and ANGPTL3 expression, thereby lowering low-density lipoprotein (LDL) cholesterol levels. Utilizing an all-in-one pDNA construct with Strep. pyogenes Cas9 and gRNAs, our results showcased that intraduodenal administration of selected LNPs facilitated targeted gene knockdown in the liver, resulting in a 27% reduction in the serum LDL cholesterol level. This LNP-based all-in-one pDNA-mediated gene editing strategy highlights its potential as an oral therapeutic approach for hypercholesterolemia, opening up new possibilities for DNA-based gene medicine applications.

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