非人灵长类动物中脂质纳米颗粒筛选实现生命损耗最小化的突破性研究

本研究针对脂质纳米颗粒(LNP)在非人灵长类动物(NHP)中的递送预测性难题，创新性地利用"生命终结期"(EoL)动物模型，通过建立可冻存的条形码LNP库，实现了45种LNP在NHP中的高通量筛选。研究发现NHP的递送效率显著高于小鼠，且鉴定出LRP1、LDLRAD3和MSR1等脂蛋白受体可能与LNP递送相关。该研究发表于《Nature Biotechnology》，为减少实验动物使用提供了伦理范式，同时揭示了跨物种递送差异的重要机制。

　　

在基因治疗领域，脂质纳米颗粒(LNP)作为RNA递送载体已取得重大突破，但如何预测LNP在人体中的表现仍是关键难题。传统研究采用"小鼠-大鼠-非人灵长类动物(NHP)"的递进筛选模式，不仅耗时耗力，更面临动物伦理和成本的双重压力。尤其令人困扰的是，许多在小鼠中表现优异的LNP在NHP中效果不佳，这种"物种鸿沟"背后的机制始终未明。更棘手的是，按照常规方法筛选45种LNP需要牺牲135只NHP，这在伦理和实操层面都难以持续。

为解决这些难题，来自美国的研究团队在《Nature Biotechnology》发表了一项创新研究。他们巧妙利用兽医独立判定需要安乐死的"生命终结期"(EoL)动物，建立了一套可冻存的条形码LNP筛选系统。研究人员设计了72种不同化学组成的LNP，通过严格的质量控制筛选出45种稳定的配方。这些LNP携带独特的DNA条形码和编码锚定VHH抗体(aVHH)的mRNA，形成可长期保存的LNP库。当EoL动物可用时，研究人员迅速解冻LNP库进行静脉注射，24小时后分析肝脏、脾脏、骨髓和血液中的递送效率。

研究采用了多项关键技术：DNA条形码技术实现多LNP并行筛选；单细胞多组学(scRNA-seq)解析组织特异性递送；流式细胞术定量aVHH⁺细胞；冷冻透射电镜(cryo-TEM)表征LNP形态；以及差异基因表达分析和基因本体(GO)富集等生物信息学方法。所有实验均使用来自独立兽医判定的EoL动物和健康对照NHP。

研究结果部分，"跨物种递送比较"显示：与预期相反，NHP中15种细胞类型的aVHH表达显著高于小鼠，且小鼠中表现最佳的5种LNP在NHP中表现平平。这种差异在肝内皮细胞、肝细胞、肝免疫细胞和脾巨噬细胞中尤为明显，提示物种差异可能源于内在生物学机制而非技术因素。

"LNP在NHP中的广泛转染"部分通过单细胞多组学揭示：传统认为靶向肝细胞的LNP实际上在NHP中广泛转染库普弗细胞、巨噬细胞等髓系细胞。在肝脏中，aVHH表达最高的竟是专职吞噬纳米颗粒的库普弗细胞，而非预期中的肝细胞，这一发现挑战了领域内固有认知。

"LDL受体与功能递送相关"部分发现：通过差异表达分析和GO富集，在aVHH⁺⁺细胞中显著上调的基因主要富集在"细胞摄入"等通路。特别值得注意的是三个脂蛋白受体基因：LRP1、LDLRAD3和MSR1，它们的表达水平与aVHH递送效率呈正相关。这一发现在肝脏、脾脏和骨髓中均得到验证，暗示LNP可能通过多种脂蛋白受体而非仅LDLR实现细胞摄入。

研究结论指出，EoL NHP模型成功将动物使用量减少20倍，同时产生三大科学发现：首先，NHP的LNP递送能力被长期低估，实际优于小鼠；其次，中性辅助脂质配方的LNP在NHP中呈现广泛的组织和细胞嗜性；最后，多种脂蛋白受体可能共同调控LNP的体内递送。这些发现不仅为减少实验动物使用提供了伦理解决方案，更揭示了LNP跨物种递送的复杂机制，为临床转化提供了重要参考。特别是鉴定出的脂蛋白受体，为针对遗传性血脂异常患者的精准递送策略开发指明了新方向。