Engineered ionizable lipid siRNA conjugates enhance endosomal escape but induce toxicity in vivo

内体 小干扰RNA 基因沉默 细胞生物学 化学 RNA干扰 结合 体内 细胞质 生物物理学 细胞内 核糖核酸 生物化学 生物 基因 遗传学 数学分析 数学
作者
Annabelle Biscans,Socheata Ly,Nicholas McHugh,David A. Cooper,Anastasia Khvorova
出处
期刊:Journal of Controlled Release [Elsevier]
卷期号:349: 831-843 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.jconrel.2022.07.041
摘要

Lipid conjugation supports delivery of small interfering RNAs (siRNAs) to extrahepatic tissues, expanding the therapeutic potential of siRNAs beyond liver indications. However, siRNA silencing efficacy in extrahepatic tissues remains inferior to that routinely achieved in liver, partially due to the low rate of endosomal escape following siRNA internalization. Improving siRNA endosomal release into cytoplasm is crucial to improving efficacy of lipid-conjugated siRNAs. Given the ability of ionizable lipids to enhance endosomal escape in a context of lipid nanoparticles (LNP), here, we provide the first report on the effect of an ionizable lipid conjugate on siRNA endosomal escape, tissue distribution, efficacy, and toxicity in vivo. After developing a synthetic route to covalently attach the ionizable lipid, DLin-MC3-DMA, to siRNAs, we demonstrate that DLin-MC3-DMA enhances endosomal escape in cell culture without compromising siRNA efficacy. In mice, DLin-MC3-DMA conjugated siRNAs exhibit a similar overall tissue distribution profile to the similarly hydrophobic cholesterol-conjugated siRNA. However, only DLin-MC3-DMA conjugated siRNAs accumulated in vascular compartments, suggesting an effect of conjugate structure on intratissue distribution. Interestingly, we observed non-specific modulation of gene expression in tissues with high accumulation of DLin-MC3-DMA siRNAs (>20 pmol/mg of tissue) while limited non-specific gene modulation has been observed in tissues with lower siRNA accumulation. These findings suggest modulating the nature of the conjugate is a promising strategy to alter siRNA intratissue and intracellular trafficking. Fine-tuning the nature of the conjugate to optimize endosomal escape while minimizing toxicity will be critical for the progression of therapeutic siRNA applications beyond the liver.
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