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为解决可电离脂质在 mRNA 递送中结构 - 活性关系复杂、合成困难及靶向性不足等问题，研究人员开展了基于多组分硫内酯的可电离脂质筛选平台研究。结果开发出 CP - LC - 0729 脂质，在蛋白表达上超越 MC3 且无体内毒性，还实现肺部高效靶向递送，推动了 mRNA 递送系统发展。
在 mRNA 技术蓬勃发展的当下，其在疾病治疗领域展现出巨大潜力，特别是在新冠疫情期间，mRNA 疫苗的成功应用更是让人们看到了它的前景。mRNA 可用于基因编辑疗法、传染病疫苗以及蛋白质补充疗法等。然而，mRNA 在体内极易被核酸酶降解，因此需要合适的递送平台来帮助它躲过 “攻击”，促进细胞内吞，并实现内体逃逸。脂质纳米颗粒（LNPs）作为一种非病毒递送平台，在 mRNA 治疗中发挥着重要作用，其中可电离脂质又是 LNPs 的关键组成部分。
但目前可电离脂质的设计和合成面临诸多挑战。一方面，虽然知道可电离脂质一般由可电离头基、至少两个疏水烷基尾和连接基团组成，但其精确的结构设计规则仍不明确，难以根据结构特征预测体内递送效果。另一方面，现有的合成方法大多步骤繁琐、成本高昂，获取所需的构建模块往往需要耗时的合成、严苛的反应条件和复杂的纯化步骤，这不仅阻碍了结构优化，也不利于深入了解结构 - 活性关系。此外，实现对特定组织或器官的靶向递送也是当前的研究热点和难点。
为了解决这些问题，来自西班牙 Certest Pharma、Certest Biotec S.L. 的研究人员开展了一项研究。他们开发了一种快速、高通量且经济高效的可电离脂质筛选平台 ——STAAR 平台（Sequential Thiolactone Amine Acrylate Reaction），并通过该平台筛选出了性能优异的脂质 CP - LC - 0729，相关研究成果发表在《Communications Chemistry》上。
研究人员在开展研究时，主要运用了以下几种关键技术方法：一是利用串联一锅反应合成 STAAR 脂质，该反应条件温和，无需催化剂和惰性气氛，反应时间短且产物纯度高；二是采用微流控技术精确控制脂质纳米颗粒（LNPs）的制备过程，用于后续研究；三是通过体内外实验，包括动物实验和细胞实验，评估脂质的性能和安全性 。
下面来看看具体的研究结果：
- STAAR 脂质的合成与筛选策略：STAAR 脂质由极性头、连接基团和疏水尾组成。研究人员采用组合化学方法，通过命名规则 AiBjCk 对不同结构的脂质进行筛选。其合成过程分为两步，首先是同型半胱氨酸硫内酯与羧酸偶联生成连接中间体（Bj），然后中间体（Bj）与胺（Ai）进行开环加成，再与丙烯酸酯（Ck）进行迈克尔加成，生成脂质 AiBjCk。这种合成方法能在室温下进行，无需复杂条件，且产物纯度高，便于快速筛选近 100 种新型脂质。
- 可电离脂质的两相筛选策略：为评估不同部分对脂质最终结构和活性的影响，研究人员设计了两相筛选策略。在第一阶段，固定极性头（选择 A1），合成 21 种脂质，考察连接基团的疏水链（Bj）对脂质性能的影响。结果发现，A1B2Ck 脂质（k 为 1 - 7）在体内 mRNA 递送中能提高蛋白质表达，不饱和链和分支链表现更优，其中疏水部分 C3 和 C7 效果显著。第二阶段，基于第一阶段结果选择 B2，合成 70 种 AiB2Ck 脂质，优化极性头（Ai）和第二疏水链（Ck）。结果显示，线性胺 A2 和 A4 表现较好，A4B2C3 脂质表达水平最高；对于疏水尾，分支和不饱和的 Ck 链，尤其是 C3，能显著提高蛋白质表达。
- 可电离脂质结构的微调：确定 A4B2C3 为初始筛选的最佳候选脂质后，研究人员进一步研究其疏水链长度和功能基团的影响。合成并纯化了 8 种额外的可电离脂质，引入不同长度的分支链。结果表明，A4B2C8（CP - LC - 0729）的表达值比 MC3 基准对照高 6.4 倍，是进一步研究和优化的最佳候选脂质。研究还发现，STAAR 脂质中酰胺键的位置和性质对其性能有显著影响，保留 α 和 β 位点的酰胺键能获得更好的表达结果。
- 最佳性能可电离脂质 CP - LC - 0729 LNP 的额外生物学检测：对 CP - LC - 0729 进行体内安全性评估，结果显示，在高剂量（2.5mg/kg）全身注射后，其对肝脏酶（ALT、AST、ALP）和肾功能（UREA）水平无显著影响，小鼠体重变化与对照组无明显差异，初步表明其具有良好的耐受性。在细胞内化评估中，发现 CP - LC - 0729 LNP 的摄取强烈依赖脂质筏，在酸性 pH 下具有潜在增强的内体逃逸机制，且在生理条件下具有血液相容性。
- 使用永久阳离子脂质对 CP - LC - 0729 进行肝外器官靶向：为实现肝外 mRNA 递送，研究人员将 CP - LC - 0729 修饰为永久阳离子形式（+）CP - LC - 0729，并与 MC3 等进行对比研究。结果显示，[(+) CP - LC - 0729（50%）CP - LC - 0729] 脂质纳米颗粒对肺部具有显著的选择性，达到 88%，且荧光素酶表达比基准 [DOTAP（50%）MC3] 脂质纳米颗粒高 32 倍 。
研究结论和讨论部分指出，STAAR 平台能够以高通量、一锅法的方式合成可电离脂质，具有成本效益高、结构设计模块化、反应条件温和且时间短等优点，易于放大生产。通过对 91 种分子的组合合成和体内筛选，研究人员确定了几种有效的 STAAR 脂质候选物，并通过结构 - 活性关系研究，明确了疏水尾和功能基团等关键结构特征对脂质活性的影响，为未来发现新的有效 STAAR 脂质奠定了基础。与基准 MC3 相比，可电离脂质 CP - LC - 0729 的蛋白质表达提高了 6.4 倍，且初步未显示出体内毒性，有望成为临床应用的有潜力候选物。此外，将 CP - LC - 0729 与永久阳离子脂质结合，实现了肺部蛋白质表达的显著提升和高器官选择性，拓宽了其在肝外靶向递送治疗中的应用。该研究成果为 mRNA 递送系统的发展提供了新的方向和有力支持，推动了相关领域的进一步研究和应用。
