Optimization of lipid nanoparticles for the delivery of nebulized therapeutic mRNA to the lungs

化学 信使核糖核酸 乙二醇 核糖核酸 治疗指标 PEG比率 病毒 药物输送 药理学 药品 病毒学 生物化学 医学 基因 经济 有机化学 财务
作者
Melissa P. Lokugamage,Daryll Vanover,Jared Beyersdorf,Marine Z. C. Hatit,Laura Rotolo,Elisa Schrader Echeverri,Hannah E. Peck,Huanzhen Ni,Jeong‐Kee Yoon,YongTae Kim,Philip J. Santangelo,James E. Dahlman
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:5 (9): 1059-1068 被引量:461
标识
DOI:10.1038/s41551-021-00786-x
摘要

Lipid nanoparticles (LNPs) for the efficient delivery of drugs need to be designed for the particular administration route and type of drug. Here we report the design of LNPs for the efficient delivery of therapeutic RNAs to the lung via nebulization. We optimized the composition, molar ratios and structure of LNPs made of lipids, neutral or cationic helper lipids and poly(ethylene glycol) (PEG) by evaluating the performance of LNPs belonging to six clusters occupying extremes in chemical space, and then pooling the lead clusters and expanding their diversity. We found that a low (high) molar ratio of PEG improves the performance of LNPs with neutral (cationic) helper lipids, an identified and optimal LNP for low-dose messenger RNA delivery. Nebulized delivery of an mRNA encoding a broadly neutralizing antibody targeting haemagglutinin via the optimized LNP protected mice from a lethal challenge of the H1N1 subtype of influenza A virus, and delivered mRNA more efficiently than LNPs previously optimized for systemic delivery. A cluster approach to LNP design may facilitate the optimization of LNPs for other administration routes and therapeutics.
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