分享一篇近期发表在Advanced Functional Materials上的文章，题目为Biodegradable Hyperbranched Poly(Amine-Co-Ester)-Based Polymeric Nanoparticles for mRNA Delivery。文章的通讯作者是百达联康生物科技（深圳）有限公司的Deng Yang与美国阿拉巴马大学的Zhan Chao。

    有效和安全的mRNA递送载体是mRNA疗法的关键，现有唯一商用的mRNA载体是脂质纳米粒子（LNP），但其一般通过肌肉注射或静脉注射靶向到肝脏，在肺部给药等其他领域效果不佳。

图1. HBPA的聚合与组装

    基于聚合物纳米粒子（PLP）的基因递送系统逐渐兴起，它们的结构更加稳定，且在合成上更加地经济与直接，而超支化聚合物相比于线性聚合物有更好的基因结合效率，有利于细胞摄取和内含体逃逸。据此，本文作者开发了一种新型的超支化聚（胺-酯共聚物），在能合成线性聚（胺-酯共聚物）（PACE）的三种单体环内酯、二羧酸和二乙醇胺的基础上引入第四种单体三乙醇胺，通过固定的脂肪酶催化四种单体的聚合，得到超支化PACE（HBPA）并对其末端进行修饰（HBPA-E）。作者发现，这种脂肪酶催化的聚合可以有效避免交联，可控地得到超支化聚合物。这种超支化聚合物可以在更低的毒性下实现更好的胞内递送效果。

图2. 不同支化结构的HBPA表征

    如图2所示，作者首先表征了不同反应时间下HBPA的分子量。反应72小时和144小时下的分子量基本一致，证实聚合物在反应末期并没有发生交联，这可能是由于脂肪酶的大位阻可以有效阻止聚合物间的交联。通过调整N-甲基二乙醇胺（M）和三乙醇胺（T）的比例，作者得到了不同支化度的HBPA，核磁谱图显示另外两种单体的峰面积比基本不变，而M和T的峰面积比随投料比而变化，证实了聚合物结构能够通过投料比精准控制。此外，作者通过GPC测得的黏度与分子量的关系作图并计算其幂指数α，作者发现，T投料比越多时，其黏度越低，α系数越小，证实了其支化度的增加。

图3. HBPA的mRNA转染效率 

    如图3所示，作者评估了HBPA递送荧光素酶mRNA的能力。作者发现，HBPA的mRNA转染效果显著好于商用载体LipoMM和相应的线性聚合物LPA，且在聚合物：mRNA比例在50：1以上时都有显著的转染效果。对mRNA的封装率表征也显示，当比例在50：1以上时可以实现充分封装，粒径和电势也验证了对mRNA封装的成功。接下来作者对载体细胞毒性进行检测，HBPA相比于商用载体或线性聚合物的细胞毒性显著降低。

图4. HBPA在不同细胞中的转染效率

    如图4所示，作者尝试了不同支化度的聚合物载体在不同细胞中的递送效果。作者发现，对于不同的细胞来说，递送效果最好的支化度不同，但都比商用转染试剂和线性聚合物有更好的转染效果。 

图5. HBPA对其他RNA的转染效果

    如图5所示, 作者还评估了HBPA对自复制RNA（saRNA）和环状RNA（circRNA）的递送效果。结果显示HBPA对两种RNA都有好于LipoMM的递送效果，证实了其作为基因递送载体的普适性。此外，为验证这种复合物在运输储存过程中的稳定性，作者将其做成了冻干粉形式，在海藻糖或蔗糖等冻干保护剂的存在下，其转染效率可以得到很好的保持，甚至可以超过新制备的复合物，这可能是由于冻干过程使得聚合物链内相互作用更强，从而具有更紧密的堆积，增加了稳定性。

图6. HBPA的体内转染效果

    如图6所示， 作者评估了以肺部给药的方式利用HBPA体内递送mRNA的效果。通过检测荧光素酶的表达，作者发现，HBPA与PEG结合的组具有最显著的转染效果。通过肺部吸入法给药，可以在24小时观测到肺部显著的荧光信号，而通过鼻腔给药，则能够在24小时观察到鼻腔有显著的荧光信号。相比于LNP难以通过鼻腔途径进行给药，HBPA载体具有优势。

    综上所述，本文开发了一种基于超支化的聚（胺-酯共聚物）的聚合物纳米粒子，通过脂肪酶催化合成避免了交联，实现支化比例通过投料比精准调控。这种超支化的聚（胺-酯共聚物）具有优于商用递送载体和线性聚合物的RNA递送效果，且能够实现肺部给药。

作者：ZHR 审校：ZXY

DOI: 10.1002/adfm.202425986

Link: https://doi.org/10.1002/adfm.202425986