Targeted Delivery of mRNA with One-Component Ionizable Amphiphilic Janus Dendrimers

树枝状大分子 化学 两亲性 药物输送 组合化学 酰胺 共轭体系 纳米医学 生物物理学 立体化学 纳米技术 有机化学 纳米颗粒 共聚物 聚合物 生物 材料科学
作者
Dapeng Zhang,Elena N. Atochina‐Vasserman,Devendra S. Maurya,Matthew Liu,Qi Xiao,Juncheng Lu,George Lauri,Nathan Ona,Erin K. Reagan,Houping Ni,Drew Weissman,Virgil Percéc
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (43): 17975-17982 被引量:36
标识
DOI:10.1021/jacs.1c09585
摘要

Targeted and efficient delivery of nucleic acids with viral and synthetic vectors is the key step of genetic nanomedicine. The four-component lipid nanoparticle synthetic delivery systems consisting of ionizable lipids, phospholipids, cholesterol, and a PEG-conjugated lipid, assembled by microfluidic or T-tube technology, have been extraordinarily successful for delivery of mRNA to provide Covid-19 vaccines. Recently, we reported a one-component multifunctional sequence-defined ionizable amphiphilic Janus dendrimer (IAJD) synthetic delivery system for mRNA relying on amphiphilic Janus dendrimers and glycodendrimers developed in our laboratory. Amphiphilic Janus dendrimers consist of functional hydrophilic dendrons conjugated to hydrophobic dendrons. Co-assembly of IAJDs with mRNA into dendrimersome nanoparticles (DNPs) occurs by simple injection in acetate buffer, rather than by microfluidic devices, and provides a very efficient system for delivery of mRNA to lung. Here we report the replacement of most of the hydrophilic fragment of the dendron from IAJDs, maintaining only its ionizable amine, while changing its interconnecting group to the hydrophobic dendron from amide to ester. The resulting IAJDs demonstrated that protonated ionizable amines play dual roles of hydrophilic fragment and binding ligand for mRNA, changing delivery from lung to spleen and/or liver. Replacing the interconnecting ester with the amide switched the delivery back to lung. Delivery predominantly to liver is favored by pairs of odd and even alkyl groups in the hydrophobic dendron. This simple structural change transformed the targeted delivery of mRNA mediated with IAJDs, from lung to liver and spleen, and expands the utility of DNPs from therapeutics to vaccines.
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