Lipid Nanoparticle Formulations for Enhanced Co-delivery of siRNA and mRNA

基因沉默 信使核糖核酸 RNA干扰 化学 下调和上调 转染 体内 核糖核酸 小干扰RNA 体外 荧光素酶 基因表达 生物物理学 分子生物学 细胞生物学 基因 生物 生物化学 生物技术
作者
Rebecca L. Ball,Khalid A. Hajj,Jamie Vizelman,Palak Bajaj,Kathryn A. Whitehead
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:18 (6): 3814-3822 被引量:314
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b01101
摘要

Although mRNA and siRNA have significant therapeutic potential, their simultaneous delivery has not been previously explored. To facilitate the treatment of diseases associated with aberrant gene upregulation and downregulation, we sought to co-formulate siRNA and mRNA in a single lipidoid nanoparticle (LNP) formulation. We accommodated the distinct molecular characteristics of mRNA and siRNA in a formulation consisting of an ionizable and biodegradable amine-containing lipidoid, cholesterol, DSPC, DOPE, and PEG-lipid. Surprisingly, the co-formulation of siRNA and mRNA in the same LNP enhanced the efficacy of both drugs in vitro and in vivo. Compared to LNPs encapsulating siRNA only, co-formulated LNPs improved Factor VII gene silencing in mice from 44 to 87% at an siRNA dose of 0.03 mg/kg. Co-formulation also improved mRNA delivery, as a 0.5 mg/kg dose of mRNA co-formulated with siRNA induced three times the luciferase protein expression compared to when siRNA was not included. As not all gene therapy applications require both RNA drugs, we sought to extend the benefit of co-formulated LNPs to formulations encapsulating only a single type of RNA. We accomplished this by substituting the "helper" RNA with a negatively charged polymer, polystyrenesulfonate (PSS). LNPs containing PSS mediated the same level of protein silencing or expression as standard LNPs using 2-3-fold less RNA. For example, LNPs formulated with and without PSS induced 50% Factor VII silencing at siRNA doses of 0.01 and 0.03 mg/kg, respectively. Together, these studies demonstrate potent co-delivery of siRNA and mRNA and show that inclusion of a negatively charged "helper polymer" enhances the efficacy of LNP delivery systems.
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