基于磁共振成像的铁氧化物纳米颗粒负载脂质纳米颗粒内体逃逸效率定量研究新方法

这篇开创性研究开发了一种利用磁共振成像（MRI）定量评估脂质纳米颗粒（LNPs）内体逃逸效率的新方法。通过将超小型氧化铁纳米颗粒（IONPs）封装进LNPs形成IO@LNPs，研究团队创新性地利用R2弛豫率变化实时监测内体逃逸过程，并证实该方法在体外和体内均具有高度可靠性。该技术为核酸药物递送系统的优化提供了重要工具。

　　

基于磁共振成像的内体逃逸定量研究

脂质纳米颗粒（LNPs）作为核酸药物递送平台，其治疗效果高度依赖于内体逃逸效率。然而，目前缺乏有效的体内定量方法。本研究提出了一种创新的磁共振成像（MRI）定量策略，通过将超小型氧化铁纳米颗粒（IONPs）整合入LNPs形成IO@LNPs，实现了内体逃逸过程的实时监测。

材料与方法

研究采用溶剂热法合成柠檬酸稳定的超小型IONPs（<8 nm），通过流体混合系统将其封装进LNPs。LNPs配方包含阳离子脂质DOTMA、结构辅助磷脂（DSPC或DOPE）、胆固醇和PEG化脂质。使用7.0 T MRI扫描仪测量R₁和R₂弛豫率，并通过生物透射电镜（Bio-TEM）验证结果。

结果与讨论

IONPs和IO@LNPs的表征

FTIR光谱证实IONPs成功合成，振动样品磁强计（VSM）显示其超顺磁性特征。IO@LNPs的zeta电位为6.11±7.18 mV，显著高于游离IONPs的-18.0±5.18 mV。冷冻电镜图像清晰显示IO@LNPs中IONPs的封装状态。

MRI特性分析

IO@LNPs表现出显著高于游离IONPs的R₂弛豫率（21.44 vs 2.83 s^-1[mg mL^-1 Fe]^-1）。Triton X-100处理后，R₂值下降3.5倍，证实了该方法检测内体逃逸的可行性。

体外MRI评估

细胞实验显示，40-80分钟内R₂值显著降低（p=0.0032），表明内体逃逸发生。氯喹处理组初始R₂值降低1.5倍，验证了信号变化与内体逃逸的相关性。含DOPE的LNPs表现出更高的早期逃逸效率（0-40分钟）。

验证研究

Bio-TEM显示IO@LNPs处理细胞内含IONPs的内体结构随时间减少，与R₂值变化高度相关（R²=0.95）。含DOPE的mRNA-LNPs转染细胞表现出更强的tdTomato荧光信号（p<0.0001）。

体内应用

小鼠肌肉注射实验显示，IO@LNPs在注射部位稳定滞留3小时。T₂加权像显示特征性暗区信号随时间减弱，Bio-TEM观察到IONPs在肌纤维间的扩散过程。

结论

本研究成功建立了基于MRI的内体逃逸效率定量方法，为优化核酸递送系统提供了重要工具。该方法能区分不同LNP配方的逃逸效率，并适用于体内研究，为基因治疗研究开辟了新途径。