芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院 (UChicago PME) 的研究人員設(shè)計了一種基于聚合物的納米顆粒，只需簡單的溫度變化即可形成 - 無需刺激性化學(xué)物質(zhì)、無需專門設(shè)備、也無需處理，這一發(fā)現(xiàn)可能擴大下一代生物藥物和疫苗的獲取渠道。

《自然生物醫(yī)學(xué)工程》雜志描述的新型納米粒子可以在室溫下在水中自組裝，并且由于這些溫和的條件，可以遞送蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)在許多現(xiàn)有的納米粒子配方中是不穩(wěn)定的。

“這個平臺讓我興奮的是它的簡單性和多功能性。只需將樣品從冰箱溫度加熱到室溫，我們就能可靠地制造出可用于遞送各種生物藥物的納米顆粒，”共同資深作者、芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程系Barry L. MacLean分子工程創(chuàng)新與企業(yè)教授、阿貢國家實驗室的一名研究員Stuart Rowan說道。

從問題到平臺

納米顆粒是保護RNA和蛋白質(zhì)等精細(xì)藥物在到達目標(biāo)細(xì)胞之前免于在體內(nèi)降解的關(guān)鍵。例如，由脂肪分子制成的脂質(zhì)納米顆粒（LNP）就曾用于制造COVID-19 mRNA疫苗。然而，LNP依賴于醇基溶劑和敏感的制造步驟，這使得它們不太適合蛋白質(zhì)遞送，而且難以規(guī)?；?/span>

“我們希望制造一種可以同時用于 RNA 和蛋白質(zhì)療法的輸送系統(tǒng)，因為目前大多數(shù)平臺只專注于一種療法，”第一作者、芝加哥大學(xué) PME 研究生 Samir Hossainy 說。

“我們還希望使其具有可擴展性，而不需要有毒溶劑或復(fù)雜的微流體?！?/span>

Hossainy 假設(shè)，基于聚合物的納米粒子可以提供一種更穩(wěn)健、更可定制的替代方案。他概述了所需的特性：免疫系統(tǒng)只會對具有特定尺寸、形狀和電荷的粒子做出反應(yīng)。然后，他利用化學(xué)工具從零開始設(shè)計新的納米粒子。

在嘗試并微調(diào)了十幾種不同的材料后，他找到了一種有效的材料。在冷水中，這種聚合物——以及任何所需的蛋白質(zhì)——仍然溶解。但當(dāng)加熱到室溫時，這種聚合物會自組裝成大小均勻的納米顆粒（或稱“聚合物囊泡”），包裹住蛋白質(zhì)分子。

“我們的顆粒大小和形態(tài)僅由我自下而上設(shè)計的聚合物的化學(xué)性質(zhì)決定，”Hossainy解釋道?！拔覀儾槐?fù)?dān)心形成不同的顆粒大小，而這對于當(dāng)今的許多納米顆粒來說是一個挑戰(zhàn)。”

運載多種貨物

為了測試這種新型聚合物囊泡，Hossainy 與 Rowan 實驗室的同事以及前芝加哥大學(xué)工程與機械工程教授（PME，現(xiàn)就職于紐約大學(xué)）Jeffrey Hubbell 合作。首先，他們證明這些顆粒可以包封超過 75% 的蛋白質(zhì)和近 100% 的短干擾 RNA (siRNA)——遠(yuǎn)高于目前大多數(shù)系統(tǒng)——并且可以冷凍干燥，無需冷藏即可保存，直至需要為止。

在疫苗接種方面，Hossainy 和他的合作者發(fā)現(xiàn)聚合物囊泡可以有效地攜帶蛋白質(zhì)，當(dāng)注射到小鼠體內(nèi)時，會導(dǎo)致動物的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生針對該蛋白質(zhì)的持久抗體。

另一項實驗表明，納米顆粒還可以攜帶旨在阻止過敏性哮喘免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)。第三項實驗表明，將聚合物囊泡注射到腫瘤中可以阻斷癌癥相關(guān)基因，并抑制小鼠體內(nèi)腫瘤的生長。

“令人興奮的是，我們不需要為每種用例定制不同的系統(tǒng)，”Hossainy說?！斑@套配方適用于我們嘗試的所有方法——蛋白質(zhì)、RNA、免疫激活、免疫抑制以及直接腫瘤靶向。”

可擴展的全球疫苗解決方案

與現(xiàn)有的LNP相比，新型聚合物囊泡的最大優(yōu)勢之一是其低技術(shù)含量、分散式生產(chǎn)的潛力。Hossainy表示，他設(shè)想未來能夠?qū)?/span>納米顆粒的凍干制劑運送到世界任何地方。需要使用時，只需將它們與冷水混合，加熱，即可立即交付給患者。

Hossainy 表示：“能夠干燥儲存這些物質(zhì)可以大大提高 RNA 或蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性?！?/span>

該團隊正在繼續(xù)對粒子進行微調(diào)，以攜帶更多類型的貨物，包括類似 COVID-19 疫苗中使用的信使 RNA（通常比當(dāng)前試驗中使用的 siRNA 大得多）。

他們還計劃合作進行臨床前試驗，將聚合物囊泡應(yīng)用于現(xiàn)實世界的疫苗或藥物輸送挑戰(zhàn)。

更多信息： Samir Hossainy 等人，《熱可逆組裝聚合物囊泡用于高效裝載、加工和遞送蛋白質(zhì)和 siRNA 生物制劑》，《自然生物醫(yī)學(xué)工程》 (2025)。DOI ：10.1038/s41551-025-01469-7