‘Tripod-like’ lung-targeting (LuT) lipids for highly efficient and selective LNPs for gene delivery and editing

化学 核糖核酸 基因传递 内体 信使核糖核酸 细胞生物学 基因 生物化学 酵母 计算生物学 基因表达 基因敲除 内生 反义RNA 基因组 药物输送 HEK 293细胞 长链 细胞器 生物物理学 细胞 转染 基质(水族馆) 胺气处理 遗传增强 生物 基因组编辑 水准点(测量)
作者
Zeru Tian,Xu Wang,Sumanta Chatterjee,William Miller,Erick Guerrero,Yun-Chieh Sung,Alexis Pacheco Benitez,Sean A. Dilliard,Xiaoyan Bian,Amogh Vaidya,Xizhen Lian,Stephen Moore,Yehui Sun,Sunah Kim,Yufen XIAO,Shiying Wu,Bret Michael Evers,Jeon Lee,Lukas Farbiak,Daniel J. Siegwart
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41551-026-01615-9
摘要

Abstract Developing lung-targeting delivery systems is essential for treating pulmonary conditions such as genetic respiratory diseases, infections, fibrosis and cancer. We synthesized and evaluated 444 lung-targeting lipids (LuT lipids) that form lipid nanoparticles (LNPs) to efficiently deliver messenger RNA and CRISPR–Cas9 genome editors to lungs with minimal side effects. Empirical analyses revealed structure–activity relationships, with top-performing LuT lipids possessing a unique ‘tripod-like’ structure consisting of a quaternary amine head, three long alkyl chains as legs and a short chain as a handle. LuT lipids improved endosomal escape, cargo release and endogenous targeting via adsorption of plasma proteins. Lead 1A7B13 LNPs showed a 25.5-fold improvement in mRNA delivery and a 9.2-fold increase in CRISPR–Cas9 gene-editing efficiency compared to benchmark DOTAP SORT LNPs, achieving over 90% selectivity to the lungs. 1A7B13 LNPs effectively delivered IL-10 mRNA in a therapeutic model of acute lung injury. This study reveals the relationship between lipid structure and lung-targeting activity, enriching the toolkit for lung-specific carriers.
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