文章题目：Synthesis of a dendritic cell-targeted self-assembled polymeric nanoparticle for selective delivery of mRNA vaccines to elicit enhanced immune responses

发表期刊：Chemical science（2024.06）

影响因子：7.6

通讯单位：台北“中央研究院”

        随着新型冠状病毒的大流行，mRNA疫苗首次被应用于临床，作为一种核酸疫苗，其具有安全性高、研发速度快、免疫原性强、实现抗原的持续性表达等优点。然而，与蛋白和DNA相比，mRNA相对不稳定，往往需要低温（-70 °C）保存；与此同时，mRNA必须封装在纳米材料（如LNP）中才能实现良好的免疫效果，这对疫苗制备设备也提出了更高的要求；除此之外，mRNA在体内缺乏靶向性，这可能会影响疫苗的有效性和安全性。为了克服以上缺点，作者开发了胍类聚合物和树突状细胞（DC）靶向芳基甘露糖配体组成的聚合物纳米颗粒（PNPs）。研究表明，与传统的mRNA-LNP 疫苗相比，DC靶向的SARS-CoV-2 Spike mRNA-PNP疫苗能在小鼠体内引起更强的保护性免疫反应。

        作者首先设计了一系列聚合单体，并筛选它们在转染mRNA的能力。作者设计了含有一个胍基的聚合单体P1和含有三个胍基的P2，含有胍基的单体可通过与mRNA的磷酸基之间形成强盐桥来促进mRNA的包封；聚合形成的二硫键则会被细胞内的谷胱甘肽降解，从而实现胞内精准释放mRNA，避免高分子量聚合物在细胞内积聚造成细胞毒性。与此同时，作者还设计了三种不同聚合单体： P3含有两个二硫化物，用于形成聚合物的支链结构； P4含有游离氨基用于功能化；含有两性官能团P5用于减少血清蛋白吸附，增强膜融合。

Figure 1. Designed structures of bioreducible propagators (P1, P2, P3, P4 and P5)

        接下来，作者通过搭配不同的聚合单体制备了P1/P4、P2/P4、P1/P3、P2/P3、P1/P5和P1/P5等聚合物（Figure 1）。研究发现，P1/P5和P2/P5能够有效转染HEK293T细胞（Figure 2A），这可能是两性单体赋予了聚合物膜融合能力，从而增强了细胞对mRNA摄取。继续研究聚合物在细胞内亚细胞定位，可以发现mRNA–PNP (I1-P1/P4/P5)能够实现有效的溶酶体逃逸（Figure 2F），这也是由两性单体P5赋予的。

Figure 2. The optimal polymer for efficient intracellular delivery of GFP–mRNA as a model.

        靶向递送能够降低疫苗的全身性炎症并提高免疫效果，为此作者筛选了不同的糖配体，用于为疫苗提供BMDC细胞的选择性递送能力（Figure 3）。然而，以Siglec-1和siglec-5/E为靶点的糖配体并不能为mRNA–PNP (I1/2-P1/P4-FITC/P5)提供选择性的递送能力（Figure 4A），而含有甘露糖配体（DC-SIGN靶点）的mRNA–PNP (I5-P1/P4-FITC/P5)成功实现了DC细胞的靶向递送mRNA（Figure 4A-C）。为了进一步提高疫苗的靶向递送能力，作者筛选了不同甘露糖配体与DC-SIGN的结合能力，最后选用带有苯环的双天线甘露三糖I9作为疫苗的靶向配体(Table 1)。

Figure 3. Designed structures of anchoring initiators (IP, I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8, I9 and I10).

Figure 4.Designed the initiator with different glycan to selectively deliver the mRNA vaccine to antigen-presenting cells (APCs).

Table 1. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for determination of dissociation constants in binding to DC-SIGN ECD oriented surface at pH 7.4 and pH 5.0

        最后作者将具有DC细胞靶向能力的mRNA-PNP用于递送野生型Spike蛋白的mRNA。免疫结果显示，相比于脂质体疫苗mRNA-LNP和mRNA–PNP (P1/P5)，mRNA–PNP (I9-P1/P5)能够显著提高免疫后小鼠血清中anti-Spike的滴度(Figure 5B)，增强假病毒中和能力(Figure 5C)。

Figure 5. DC-targeted SARS-CoV-2 spike mRNA–PNP vaccine was shown to elicit a stronger protective immune response in mice.

            原文链接： https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sc/d3sc06575h

作者：汪浩

审核：李全才、邵萌

编辑：郭青云

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