Focused ultrasound/microbubbles-assisted BBB opening enhances LNP-mediated mRNA delivery to brain

微气泡 信使核糖核酸 血脑屏障 细胞生物学 体内 转染 化学 分子生物学 超声波 医学 中枢神经系统 生物 基因 神经科学 生物化学 生物技术 放射科
作者
Koki Ogawa,Naoya Kato,Michiharu Yoshida,Takeshi Hiu,Takayuki Matsuo,Shusaku Mizukami,Daiki Omata,Ryo Suzuki,Kazuo Maruyama,Hidefumi Mukai,Shigeru Kawakami
出处
期刊:Journal of Controlled Release [Elsevier BV]
卷期号:348: 34-41 被引量:126
标识
DOI:10.1016/j.jconrel.2022.05.042
摘要

Messenger RNA (mRNA) medicine has become a new therapeutic approach owing to the progress in mRNA delivery technology, especially with lipid nanoparticles (LNP). However, mRNA encapsulated-LNP (mRNA-LNP) cannot spontaneously cross the blood-brain barrier (BBB) which prevents the expression of foreign proteins in the brain. Microbubble-assisted focused ultrasound (FUS) BBB opening is an emerging technology that can transiently enhance BBB permeability. In this study, FUS/microbubble-assisted BBB opening was investigated for the intravenous delivery of mRNA-LNP to the brain. The intensity of FUS irradiation was optimized to 1.5 kW/cm2, at which BBB opening occurred efficiently without hemorrhage or edema. Exogenous protein (luciferase) expression by mRNA-LNP, specifically at the FUS-irradiated side of the brain, occurred only when FUS and microbubbles were applied. This exogenous protein expression was faster but shorter than that of plasmid DNA delivery. Furthermore, foreign protein expression was observed in the microglia, along with CD31-positive endothelial cells, whereas no expression was observed in astrocytes or neurons. These results support the addition of mRNA-LNP to the lineup of nanoparticles delivered by BBB opening.
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