Fluorinated lipid nanoparticles enable real-time tracking of mRNA delivery and uncover spatiotemporal mechanisms of immune activation

纳米载体 免疫系统 信使核糖核酸 翻译(生物学) 体内 化学 细胞生物学 启动(农业) 体内分布 抗原 计算生物学 纳米技术 合理设计 生物物理学 离体 细胞 临床前影像学 单细胞分析 体外 基因表达 获得性免疫系统 核糖核酸 活体细胞成像 免疫原 综合应力响应 生物
作者
Kairu Xie,Lijun Zhu,Mojie Duan,Y. W. Fu,Haiqiang Wang,Yuhan Shen,Yu Li,Ruifang Wang,Zhong‐Xing Jiang,ShiZhen Chen,Jung Soo Suk,Daiqin Chen,Xin Zhou
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (1): e2519823123-e2519823123
标识
DOI:10.1073/pnas.2519823123
摘要

Messenger RNA (mRNA) vaccines rely on lipid nanoparticles (LNPs) for in vivo delivery, yet conventional formulations exhibit inefficient tissue targeting, undesired hepatic accumulation, and limited understanding of the delivery–response relationship, constraining their therapeutic precision and safety. Here, we report the development of fluorinated LNPs (FLNPs) that enable real-time tracking of mRNA biodistribution and expression via 19 F magnetic resonance spectroscopy/imaging (NMR/MRI)” rather than “magnetic resonance spectroscopy/MRI (NMR). These FLNPs retain robust protein expression comparable to clinical LNPs, while reducing liver accumulation by 94.6%. By integrating fluorine signal quantification with spatial analysis of mRNA translation and antigen presentation, we establish a direct correlation between carrier localization, antigen expression kinetics, and immune cell trafficking. Specifically, we show that antigen-presenting cells internalize FLNP-mRNA at the injection site and subsequently migrate to draining lymph nodes, enabling localized immune priming with minimal systemic exposure. This work provides mechanistic evidence linking in vivo nanocarrier trafficking with spatiotemporal immune activation, offering insights into how delivery kinetics govern vaccine efficacy. The FLNP platform thus enables both precision mRNA delivery and noninvasive tracking, representing a powerful tool for mechanistic studies and rational design of next-generation mRNA vaccines.
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