Thiophene-based lipids for mRNA delivery to pulmonary and retinal tissues

脂质体 转染 体内分布 化学 蒂奥- 噻吩 核酸 生物化学 生物物理学 体外 生物 立体化学 基因 有机化学
作者
Yulia Eygeris,Mohit Gupta,Jeonghwan Kim,Antony Jozić,Milan Gautam,Jonas Renner,Dylan Nelson,Elissa Bloom,A. H. Tuttle,Jonathan Stoddard,Rene Reynaga,Martha Neuringer,Andreas Lauer,Renee C. Ryals,Gaurav Sahay
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:121 (11): e2307813120-e2307813120 被引量:36
标识
DOI:10.1073/pnas.2307813120
摘要

Lipid nanoparticles (LNPs) largely rely on ionizable lipids to yield successful nucleic acid delivery via electrostatic disruption of the endosomal membrane. Here, we report the identification and evaluation of ionizable lipids containing a thiophene moiety (Thio-lipids). The Thio-lipids can be readily synthesized via the Gewald reaction, allowing for modular lipid design with functional constituents at various positions of the thiophene ring. Through the rational design of ionizable lipid structure, we prepared 47 Thio-lipids and identified some structural criteria required in Thio-lipids for efficient mRNA (messenger RNA) encapsulation and delivery in vitro and in vivo. Notably, none of the tested lipids have a pH-response profile like traditional ionizable lipids, potentially due to the electron delocalization in the thiophene core. Placement of the tails and localization of the ionizable headgroup in the thiophene core can endow the nanoparticles with the capability to reach various tissues. Using high-throughput formulation and barcoding techniques, we optimized the formulations to select two top lipids— 20b and 29d —and investigated their biodistribution in mice. Lipid 20b enabled LNPs to transfect the liver and spleen, and 29d LNP transfected the lung and spleen. Unexpectedly, LNP with lipid 20b was especially potent in mRNA delivery to the retina with no acute toxicity, leading to the successful delivery to the photoreceptors and retinal pigment epithelium in non-human primates.
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