Resolving the mRNA Encapsulation‐Release Trade‐off via Compensatory Forces in Engineered Ionizable Lipids

信使核糖核酸 内体 细胞内 细胞生物学 胞浆 基因沉默 基因传递 生物物理学 基因表达 第二信使系统 核糖核酸 化学 纳米技术 转染 生物 细胞 纳米颗粒 RNA干扰 材料科学 基因表达调控 生物化学
作者
Weixiang Gao,Kang An,Yishan Ma,Xiao Xu,Ziyue Wang,Junjian Liu,Xiangfei Shan,Yuqi Liu,Wei Chen,Peicheng Wang,Changyang Zhou,Ying Ren,Xiaonan Huang,Yufei Xia
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e12235-e12235
标识
DOI:10.1002/adma.202512235
摘要

Abstract A critical challenge in lipid nanoparticle (LNP) delivery of messenger RNA (mRNA) is the inherent trade‐off between stable encapsulation and efficient intracellular release. Here, this challenge is addressed through rationally engineering compensatory forces between mRNA and LNP, leveraging short‐range intermolecular interactions (van der Waals, hydrogen bonding) to dynamically balance long‐range Coulombic binding. Guided by a computational‐experimental framework, a “contact number” metric is developed to decipher mRNA and LNP binding hierarchies, enabling the strategic incorporation of short‐range‐interaction motifs (e.g., urea, carbamate) into ionizable lipid (IL) structures. These designs achieve optimal mRNA encapsulation while promoting endosomal escape and cytosolic release, resulting in enhanced mRNA translation. Compared to commercial mRNA vaccine counterparts, the engineered LNP (OT13‐LNP) induces a 1.7‐fold increase in antigen‐specific T cell responses and 77.9% tumor inhibition in melanoma. In hepatic gene editing, OT13‐LNPs achieve comparable transthyretin (TTR) on‐target editing efficiency to ALC0315‐LNPs (0.5 mg kg −1 ), but elicit a markedly stronger silencing effect, reducing serum TTR levels by over 90% compared with ≈58% for ALC0315‐LNPs. This study may highlights the potential of compensatory‐force engineering for next‐generation mRNA therapeutics in oncology, gene editing, and infectious diseases.
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