使用振动网式雾化器将siRNA脂质复合物和脂质纳米颗粒递送至肺部

《European Journal of Pharmaceutical Sciences》：Pulmonary Delivery of siRNA Lipoplexes and Lipid Nanoparticles using a Vibrating Mesh Nebuliser

本研究利用两种Aerogen Pro?雾化器（高VMD和低VMD）雾化不同siRNA纳米载体（LNP和LPX），分析粒径分布、稳定性和体外细胞转染效果。结果显示，雾化后LNP的siRNA封装效率显著下降（34.13%-47.36%），但细胞沉默率仍达93%；非PEG LPX和PEG LPX封装效率稳定，但PEG修饰降低细胞摄取效率。雾化粒径分布一致，但对载体稳定性影响显著。该研究揭示了载体优化对雾化递送系统的重要性。

　　siRNA（小干扰RNA）作为一种具有广阔治疗前景的生物分子，其通过吸入方式直接送达肺部，能够实现对多种呼吸系统疾病的高效治疗。然而，传统的吸入方式如雾化过程可能会对siRNA纳米载体造成破坏，从而导致siRNA的损失以及治疗效果的下降。本研究旨在探讨雾化过程对多种脂质基siRNA纳米载体的物理化学性质的影响，特别是在不同的雾化设备下，如何控制气溶胶颗粒的大小以实现更有效的肺部沉积。

雾化是一种将液体转化为细小颗粒的方法，以便通过呼吸进入肺部。这种技术不仅方便，而且可以减少全身副作用，是目前一种较为理想的siRNA递送方式。在本研究中，研究人员使用了两种Aerogen Pro?振动网雾化器，它们能够产生不同体积平均直径（VMD）的气溶胶颗粒。通过激光散射分析和级联撞击分析，研究发现所有siRNA纳米载体在两种雾化设备下均能产生一致的颗粒大小分布，这表明通过调整雾化设备可以实现对气溶胶颗粒大小的控制，从而优化siRNA的肺部沉积效果。

尽管雾化设备能够生成适合肺部沉积的颗粒大小，但雾化过程本身对纳米载体的稳定性具有重要影响。在研究中，观察到两种脂质纳米颗粒（LNPs）和两种脂质复合物（LPXs）在雾化过程中均出现一定程度的聚集现象。特别是对于LNPs，其siRNA封装效率（EE%）显著下降，而LPXs的EE%则未发生明显变化。这一现象可能与雾化过程中产生的剪切力有关，这些剪切力可能破坏纳米载体的结构，导致siRNA的释放和载体的聚集。

此外，研究还发现，不同类型的纳米载体在雾化后对细胞的转染效率存在显著差异。在使用Firefly luciferase（荧光素酶）表达的A549细胞进行的体外实验中，非PEG化的LPXs表现出最低的转染效率，而PEG化的LPXs则表现出更低的转染效果，这可能与PEG化过程对纳米载体与细胞膜相互作用的阻碍有关。相比之下，C12-200基的LNPs在雾化后仍然能够实现较高的转染效率，这表明尽管其封装效率有所下降，但其结构设计仍具有一定的稳定性。

研究中还采用了冷冻透射电镜（Cryo-TEM）来观察纳米载体的形态和大小变化。结果显示，所有纳米载体在雾化前后均呈现球形结构，但非PEG化的LPXs在雾化后表现出更大的颗粒尺寸和更高的聚散指数（PDI），这可能与脂质膜的结构变化有关。而PEG化的LPXs虽然在雾化后也出现一定程度的聚集，但其PDI的增加不如非PEG化LPXs显著。这表明PEG化可能在一定程度上提高了纳米载体的稳定性，但在本研究中并未完全防止雾化引起的聚集。

在评估雾化对纳米载体影响时，研究人员还发现，尽管雾化过程中纳米载体的物理化学性质发生了变化，但其细胞毒性和转染效率并未受到显著影响。这表明，即使在雾化后，大多数纳米载体仍能保持其基本的生物活性。然而，对于某些纳米载体，如PEG化的LPXs，其转染效率较低，这可能与其在细胞内的摄取和内体逃逸效率有关。

综上所述，本研究揭示了雾化过程对不同类型的siRNA纳米载体的影响，强调了纳米载体设计和雾化参数在优化siRNA吸入治疗中的重要性。虽然雾化设备能够生成适合肺部沉积的颗粒大小，但纳米载体的稳定性仍然是影响治疗效果的关键因素。因此，未来的siRNA吸入治疗研究需要更加关注纳米载体的优化，以提高其在雾化过程中的稳定性和治疗效果。