基于瑞利破碎机制的软雾吸入器在肺部递送中有效维持mRNA-LNP完整性及稳定性研究

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Rayleigh-based soft mist inhalers preserve mRNA-LNP integrity for pulmonary delivery

本研究系统评估了瑞利破碎（Rayleigh breakup）与萨瓦尔撞击射流（Savart impinging jet）两种机制的软雾吸入器（SMI）及多种网孔雾化器对mRNA-脂质纳米颗粒（mRNA-LNP）的气雾化稳定性影响。结果表明，预充式注射吸入器（PFSI）能显著维持LNP粒径、Zeta电位、包封效率及mRNA完整性，为肺部基因治疗和疫苗开发提供关键递送技术支撑。

　　

Highlight

气雾化后mRNA-LNP的理化稳定性

使用不同软雾吸入器（SMI）和网孔雾化器对mRNA-LNP进行气雾化处理前后，对其理化性质进行了评估。使用PFSI和Respimat时，LNP的表面电荷在气雾化后与处理前保持一致（图1A）。相反，使用Innospire Go气雾化后，表面电荷强度显著降低。值得注意的是，Pari eFlow设备引起电荷极性反转，从负电荷转为正电荷，这可能归因于设备材料引起的吸附或离子浸出现象。

粒径分布分析显示，PFSI处理后的mRNA-LNP保持了与原始制剂最接近的粒径分布（图1B），其多分散指数（PDI）低于0.2，表明颗粒分布均匀，未发生显著聚集。Respimat引起轻微粒径增大，而两种网孔雾化器（Innospire Go和Pari eFlow）均导致明显聚集，形成超过1000 nm的大颗粒团块。

mRNA完整性及包封效率

通过RiboGreen assay评估mRNA包封效率发现，PFSI气雾化后仍保持高包封率（>90%），与原始样品无显著差异（图2A）。Respimat略有下降，而两种网孔雾化器包封率显著降低至70%以下，提示mRNA泄漏或降解。

通过凝胶电泳进一步验证mRNA完整性，可见PFSI处理后的mRNA条带清晰、无明显降解；Respimat出现轻微降解迹象；而网孔雾化器组则呈现明显降解条带（图2B）。

细胞转染效率

在A549人肺上皮细胞中评估气雾化后mRNA-LNP的功能活性。PFSI组显示出最高的荧光素酶表达水平，较原始样品仅轻微下降（图3）。Respimat组表达量降至约70%，而两种网孔雾化器组表达量不足40%，表明其转染效率显著受损。

Discussion

为探索mRNA-LNP的吸入递送潜力，本研究系统评估了经软雾吸入器（SMI）和网孔雾化器气雾化后其理化稳定性、LNP粒径分布及包封效率的变化。

在不同设备中，PFSI与Respimat SMI能最大程度维持气雾化前后的表面电荷稳定性，凸显其最小化静电相互作用的能力，从而避免纳米颗粒聚集或失稳[24,25]。Zeta电位稳定性对维持LNP胶体分散及细胞摄取效率至关重要。

粒径分析进一步证实，PFSI可有效维持纳米颗粒单分散性，而网孔雾化器引起显著聚集，可能与机械剪切力及局部发热导致脂质双层破坏有关。

更重要的是，PFSI在维持mRNA完整性及包封效率方面表现卓越，这直接反映于其在肺上皮细胞中的高转染效率。相比之下，网孔雾化器因高剪切应力与热效应导致mRNA降解及LNP结构损伤，进而显著削弱生物活性。

Limitations of the study

尽管本研究提供了有价值的见解，仍存在若干局限。首先，所有实验均在体外条件下进行，未能完全模拟体内呼吸动力学。此外，未深入评估设备间差异性，需进一步测试以验证不同批次SMI和网孔雾化器的一致性。

Conclusions

本研究确认软雾吸入器（SMI）是用于mRNA-LNP递送的最有效气雾化设备。通过维持纳米颗粒稳定性、优化气雾特性、保障mRNA完整性及在肺细胞中的高转染效率，PFSI的表现优于传统网孔雾化器及Respimat SMI。这一发现支持将SMI用于吸入式mRNA-LNP递送，特别是在基因治疗和疫苗应用领域。需进一步开展包括体外毒理学和体内药效学研究在内的深入探索。