超越脂質奈米粒子：客製化聚合物和人工智慧如何重塑基因療法
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Torsten Fischer，亥姆霍茲德國研究中心協會
4/15/20261 分钟阅读
用於核酸遞送的代表性聚合物奈米顆粒的電子顯微鏡影像。 圖片來源：Hereon/Weiwei Wang
DNA 和 RNA 等核酸在基因治療和疫苗中發揮核心作用。它們儲存和傳輸生物資訊。為了讓它們在體內發揮作用，它們必須使用化學載體系統進入細胞。亥姆霍茲赫倫中心的研究人員現在提出了一種開發此類系統的新策略：載體不應針對不同的核酸使用相同的載體材料，而是應單獨適應各自的有效負載。例如，這可以提高疫苗的有效性。
這項研究是與波茨坦大學和 Pantherna Therapeutics 合作進行的，並發表在《Advanced Science》雜誌上。
DNA 和 RNA 在體內迅速分解，無法自行穿過細胞膜。它們也會遇到生物體中的免疫系統。
「我們身體的保護機制會對抗這些我們想要專門輸送到細胞的生物活性物質，」柏林附近赫倫泰爾託基地活性聚合物研究所的研究員 Hanieh Moradian 博士解釋道。 “運輸系統必須能夠克服這些障礙而不造成損害。”
這種載體系統包裝核酸，在它們穿過體內時保護它們，並促進它們進入細胞。如今，基於脂質的奈米顆粒在臨床應用中占主導地位，例如，從 COVID-19 疫苗中就可以看出這一點。它們很有效，但也有穩定性有限等缺點。
聚合物作為替代品
這就是新一代聚合物載體系統的用武之地。 「聚合物的一個主要優點是它們可以有針對性地進行化學改性，」莫拉迪安說。
「這使得調整它們的結構、使它們更加穩定或修改它們使它們在體內保持更長時間的活性成為可能。」它們對於涉及延遲或長期藥物釋放的應用可能特別有趣。
到目前為止，單一聚合物載體通常用於多種核酸。
研究人員現在提出了一個新的設計觀點。它的目的是根據有效負載的特性專門定制載體系統，從而針對從癌症研究到疫苗再到再生醫學的各個應用對其進行優化。
此方法區分四個層次：有效載荷和載體的化學結構、尺寸和移動性、它們的相互作用以及載體在更大結構中的嵌入。後者幾乎沒有被研究過，但可以實現核酸的受控、長期釋放。
「我們的中心訊息是：你首先必須了解你想要運送什麼類型的核酸，」莫拉迪安說。 “大而剛性的 DNA 與短 RNA 或中等長度 mRNA 具有不同的要求。如果你忽略這些差異，你就是在浪費潛力。”
人工智慧作為加速器
人工智慧可以顯著促進聚合物載體的發展。願景：機器人系統不再費力地測試單一材料，而是生產大量不同的聚合物，然後可以系統地比較其特性。
「如果我們了解載體和有效載荷的某些特性如何相互影響，我們就可以將這些資訊輸入到預測模型中，」莫拉迪安解釋道。 “基於人工智慧的模型可以幫助預測最適合特定有效載荷的載體設計。”