Light-Activated siRNA Endosomal Release (LASER) by Porphyrin Lipid Nanoparticles

内体 卟啉 小干扰RNA 内吞作用 基因敲除 生物物理学 细胞生物学 化学 转染 生物 生物化学 细胞 细胞内 细胞凋亡 基因
作者
Yulin Mo,Miffy H. Y. Cheng,Andrew D’Elia,Katie Doran,Lili Ding,Juan Chen,Pieter R. Cullis,Gang Zheng
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (5): 4688-4703 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c10936
摘要

Lipid nanoparticles (LNPs) have achieved clinical success in delivering small interfering RNAs (siRNAs) for targeted gene therapy. However, endosomal escape of siRNA into the cytosol remains a fundamental challenge for LNPs. Herein, we report a strategy termed light-activated siRNA endosomal release (LASER) to address this challenge. We established a porphyrin-LNP by incorporating porphyrin-lipids into the clinically approved Onpattro formulation. The porphyrin-LNP maintained the physical properties of an LNP and generated reactive oxygen species (ROS) when irradiated with near-infrared (NIR) light. Using confocal microscopy, we revealed that porphyrin-lipids within the LNP translocate to endosomal membranes during endocytosis. The translocated porphyrin-lipids generated ROS under light irradiation and enabled LASER through endosomal membranes disruption as observed through GAL-9 recruitment and transmission electron microscopy (TEM). By establishing a quantitative confocal imaging method, we confirmed that porphyrin-LNPs can increase siRNA endosomal escape efficiency by up to 2-fold via LASER and further enhance luciferase target knockdown by 4-fold more in luciferase-transfected prostate cancer cells. Finally, we formulated porphyrin-LNPs encapsulated with gold nanoparticles (GNP) and visualized the LASER effect within prostate tumors via TEM, confirming the light-activated endosomal membrane disruption and subsequent GNP release into cytosols in vivo. Overall, porphyrin-LNPs and the LASER approach enhanced siRNA endosomal escape and significantly improved knockdown efficacy. We believe the versatility of this technology could be applied to various LNP-based RNA therapeutics.
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