小鼠气管内给药装置

利用喷雾干燥实现 mRNA-LNP 的气管内递送喷干应用”1介绍mRNA 疫苗是指将含有编码抗原蛋白的 mRNA 导入人体，直接进行翻译，形成相应的抗原蛋白，从而诱导机体产生特异性免疫应答，达到预防免疫的作用（图1）。mRNA 疫苗的优势主要有：研发周期短、抗原选择范围广，任何可成蛋白的抗原序列均可被选择mRNA 疫苗的半衰期与免疫原性可通过修饰和递送系统来人工调节，由于不进入细胞核，无感染或插入突变的风险，安全性更高多种修饰后的 mRNA 更稳定，在细胞质中被高效摄取和表达；mRNA 疫苗具备自我佐剂特点，因此表现更强的免疫原性，有效性更高可通过体外转录技术快速、廉价地大规模生产 RNA 疫苗，在掌了病毒基因序列后即可在 40 天内完成疫苗样品的生产制备 ▲ 图1. mRNA 疫苗通过转染抗原呈递细胞引起免疫注射的 mRNA 疫苗被抗原呈递细胞内吞。mRNA 脱离核内体进入细胞质后，被核糖体翻译成蛋白质。翻译的抗原蛋白可以通过几种方式刺激免疫系统。细胞内抗原被蛋白酶体复合物分解成更小的片段，片段通过主要组织相容性复合体(MHC) I类蛋白在细胞表面展示给细胞毒性T细胞。活化的细胞毒性T细胞通过分泌细胞溶解分子，如穿孔素和颗粒酶，杀死被感染的细胞。此外，分泌的抗原可以被细胞摄取，在核内体内降解，并通过 MHC II 类蛋白在细胞表面呈递给辅助性T细胞。辅助性T细胞通过刺激 B 细胞产生中和抗体，并通过炎症因子激活吞噬细胞，如巨噬细胞，促进循环病原体的清除。BCR：B 细胞受体；ER：内质网；TCR：T 细胞受体。随着 COVID-19 的全球大流行，mRNA 疫苗已经作为一种新兴的疫苗技术进入市场，LNPs 是目前 mRNA 递送时克服体内给药时的许多胞外和胞内屏障的首选载体。然而大多数 LNP mRNA 疫苗需要严格控制的冷链基础设施。喷雾干燥是一种快速、可扩展且连续的过程，可生产室温稳定且适合吸入的细粉，并可以通过喷雾干燥工艺参数来控制粉末的物理性质。但喷雾干燥过程中，LNP 也要承受剪切应力、液体界面膨胀和收集过程中热脱水引起的应力。以下分享阿斯利康应用 BUCHI 小型喷雾干燥仪 B-290 实现脂质纳米颗粒实现对 mRNA 的气管内递送。小型喷雾干燥仪 B-290 ▲ 小型喷雾干燥仪 B-290干燥参数_入口温度90℃出口温度54℃抽气机效率100%雾化气流1850 L/h进料速率2mL/min2方法该团队首先关注了磷脂和缓冲液对 LNP 本身温度敏感性的影响。由于 DSPC 的相变温度(Tm)为 55℃，接近喷雾干燥器的出口温度，而 DOPE 是一种不饱和磷脂，Tm 为 -16℃，可改善LNP的温度敏感性，并有研究发现 DOPE 替代 DSPC 可以提高 mRNA 递送效率[1]。LNP 中可电离脂质的 pKa=7，因此 pH 值的大幅变化可能会导致颗粒结构和稳定性的变化，该团队测试了广泛使用的 PBS 和 20 mM Tris 缓冲液的影响。该团队将四种不同的 LNP 配方（DSPC PBS；DSPC Tris；DOPE PBS；DOPE Tris）在不同温度范围孵育以模拟LNP配方和喷雾干燥过程的温度跨度。发现 DOPE Tris 组在高达 75℃ 的温度下仍保持稳定，并且在 80℃ 时仅损失约 20% 的 RNA。在喷雾干燥的温度条件下更稳定不等于能更好地承受喷雾干燥过程，因此该团队还验证了 DOPE Tris LNP 能更好地承受喷雾干燥过程。DOPE Tris 组在喷雾干燥和复溶 306Oi10 和 MC3 LNP 时均增强了颗粒稳定性。 Tris 缓冲液在喷雾干燥方面优于PBS，虽然两种缓冲液的 pH 值都会随着温度的升高而降低，但 Tris 的变化率比 PBS 快 10 倍，这意味着Tris缓冲液从 25°C 升至 37°C 时 pH 将减少 0.3 个单位，而 PBS 仅减少 0.025 个单位，pH 值的降低可能会确保RNA仍被封装在LNP中。作者还发现优化的LNP配方(DOPE Tris)显著提高了评估了 LNP 在肝细胞癌细胞系 HepG2 和肺支气管细胞系 16HBE 中的摄取，与 4°C 下储存的液体 LNP 制剂相比，通过喷雾干燥处理并在室温下储存的 LNP 具有更好的稳定性、更高的颗粒封装效率以及更显著的蛋白质表达（图2）。 ▲ 图2. 通过修改配方，以 DOPE 代替 DSPC、Tris 缓冲液代替 PBS，可以提高喷雾干燥后 LNP 的稳定性(A) 使用 DSPC 和 PBS 生产的 LNP 制剂对温度升高敏感(B) 当 DSPC 替换为 DOPE、PBS 替换为 Tris 时，喷雾干燥和重新分散后LNP颗粒的稳定性显著提高。(C) LNP 制剂在喷雾干燥(SD)后稳定性提高,导致 mRNA 对 HepG2 和 16HBE 细胞具有良好转染效率。比例尺=100μm。**P0.01、***P0.001、****P 0.0001、n.s=不显著。该团队发现，当喷雾干燥 LNP 制剂时，在干燥塔内可观察到均匀的薄膜，在旋风分离器中可观察到薄膜沉积物，这是因为在无赋形剂的情况下，喷雾干燥 LNP 制剂中每种成分的固化机制将根据其扩散速率和溶解度而有所不同，引起各组分分离。因此该团队优化了 LNP、海藻糖、三亮氨酸的比例[2]。发现 LNP 与三亮氨酸的比例为 1:4 至 1:5 时，可以减少旋风分离器中的粉末损失，并进一步提高复溶后的 mRNA 封装效率，将 LNP 负载从 1.5% 增加到 5%。喷雾干燥后，通过 SEM 分析粉末粒径和表面结构，通过 CryoTEM 分析复溶的颗粒。发现喷雾干燥后复溶的 LNP 样品为尺寸范围变化更大的致密小囊泡（图3）。 ▲ 图3. 喷雾干燥配方的优化(A) 粉末配方中三亮氨酸(LLL):LNP 比例的优化可将旋风分离器中的损失降至最低，并随着重构后 RNA 封装效率 (%EE) 的增加而实现产量最大化。(B) 喷雾干燥产生 LNP 的扫描电镜照片。当三亮氨酸(LLL)的浓度从 3% 增加到 15% 时，颗粒的形态逐渐从光滑的表面变成高度波纹状的表面。(C) 新制 LNP 和喷雾干燥 LNP 代表性冷冻透射电子显微镜图片。与新鲜 LNP 相比，喷雾干燥 LNP 复溶后被包裹在致密的衬里。比例尺 =200nm。 接下来，该团队验证了 mRNA LNP 粉末制剂在体内的功能性递送。使用 Penn-Century Dry Powder Insufflator&trade -4 装置对动物进行给药，该装置可以将粉末直接输送到大鼠的肺部。肺组织切片上的免疫组化(IHC)显示出强烈的 eGFP 阳性细胞染色。这些细胞根据其定位、形态和免疫荧光标记被鉴定为细支气管上皮细胞、II 型肺细胞和/或巨噬细胞。尽管仅识别出少数 eGFP 阳性细胞，但这些阳性细胞的染色强烈、且无背景噪点，表明 eGFP mRNA LNP 在喷雾干燥后吸入给药，可在肺部产生清晰的 eGFP 表达。 ▲ 图4. 肺中的体内摄取和蛋白质表达(A) 大鼠肺示意图(B) 研究设计的示意图。单次给药后 24 小时或连续3天每日给药后 24 小时处死大鼠。给药方式包括气管内(IT)滴注含有 eGFP mRNA LNP 的喷雾干燥制剂或安慰剂。(C) 在右肺叶的肺匀浆中测量的 eGFP 蛋白水平(D) 显示 eGFP 阳性细胞（紫色）的图像(E) IT 滴注单次(I和III）和 3 天重复(II和IV)给药后 24 小时在大鼠左肺叶中检测到的 eGFP(棕色)。eGFP 阳性细胞（紫色）形态学上鉴定为细支气管上皮细胞 (D I) 和 II 型肺细胞和巨噬细胞 (D II)。在细支气管上皮细胞(E I)和 II 型肺细胞和巨噬细胞(E II)中鉴定出 eGFP mRNA (棕色)。(F) eGFP 的免疫荧光标记与 II 型肺细胞或巨噬细胞标记物结合，证实两种细胞类型都表达 eGFP。(G) 左肺叶的组织病理学分析结果。左上：来自对照大鼠的肺组织，显示没有病变。左下：治疗 3 天的大鼠肺组织，显示肺泡实质中的实变区域，代表炎症病变（箭头）。中图：混合炎症细胞浸润区域的较高放大倍数，以较小的气道和描绘肺泡管为中心。右图：代表次级细支气管上皮变化的图像。3结论总的来说，该研究团队进行了一项概念验证研究，并成功通过配方优化，设计出了用于吸入的 mRNA LNP 喷雾干燥制剂。该制剂在经过喷雾干燥和复溶后仍保持功能，并可在体外和体内有效递送 mRNA，能够以临床相关剂量水平实现 LNP 的肺部给药，在吸入式 mRNA 疫苗领域开辟了新道路，具有巨大前景。小型喷雾干燥仪 S-300 ▲ 小型喷雾干燥仪 S-300 ▲ 惰性气体循环装置 S-395BUCHI 小型喷雾干燥仪 S-300 搭配惰性气体循环装置 S-395，构建完美闭环体系，创造低氧环境，轻松处理您的 mRNA 样品。4参考文献Chaudhary, N., Weissman, D. & Whitehead, K.A. mRNA vaccines for infectious diseases: principles, delivery and clinical translation. Nat Rev Drug Discov 20, 817–838 (2021).Friis K P, Gracin S, Oag S, et al. Spray dried lipid nanoparticle formulations enable intratracheal delivery of mRNA[J]. Journal of Controlled Release, 2023, 363: 389-401.

据《科学进展》杂志2日在线报道，美国莱斯大学的生物工程师表示，他们使用针头大小的可植入“药物工厂”持续提供高剂量白细胞介素-2，在短短6天内根除了小鼠体内的晚期卵巢癌和结直肠癌。该疗法或在今年晚些时候开始人体临床试验。白细胞介素-2是一种可激活白细胞以对抗癌症的天然化合物。试验使用的药珠可通过微创手术植入，每个都含有可产生白细胞介素-2的细胞，这些细胞被包裹在保护壳中。莱斯大学生物工程助理教授奥米德魏瑟的实验室研发了这种治疗方法。他说，人体临床试验最早可能在今年秋天开始。该团队只选择了已证明可安全用于人体的成分，并在多项测试中证明了新疗法的安全性。魏瑟说：“我们只给一次药，但‘药物工厂’每天都在生产药物，直到癌症被消除。一旦确定了正确的剂量，即需要多少家‘药物工厂’，我们就能够根除全部的卵巢癌和7/8的结肠直肠癌。”在新发表的研究中，研究人员将产生药物的珠子植入在肿瘤旁边和腹膜内，腹膜是一种支持肠道、卵巢和其他腹部器官的囊状内层，植入的白细胞介素-2集中在肿瘤内，并限制在其他地方暴露。该研究合著者、美国MD安德森癌症中心妇科肿瘤学和生殖医学教授埃米尔贾再瑞博士说：“免疫治疗领域的一个主要挑战是增加肿瘤炎症和抗肿瘤免疫，同时避免细胞因子和其他促炎药物的全身副作用。在这项研究中，我们证明了‘药物工厂’可在几种小鼠模型中进行可调节的白细胞介素-2局部给药和根除肿瘤。”白细胞介素-2是一种细胞因子，一种免疫系统用来识别和对抗疾病的蛋白质。这是一种FDA批准的癌症治疗方法，但研究人员表示，与现有的白细胞介素-2治疗方案相比，“药物工厂”引发了更强的免疫反应，因为药珠直接提供更高浓度的蛋白质到肿瘤。研究人员称：“如果你通过静脉注射泵给予相同浓度的蛋白质，那将是剧毒的。而对于‘药物工厂’，我们在远离肿瘤部位的身体其他部位观察到的浓度，实际上低于患者在接受静脉注射治疗时必须承受的浓度，高浓度仅处于肿瘤部位。”药珠的外壳保护其产生细胞因子的细胞免受免疫攻击。外壳由被免疫系统识别为异物但不视为直接威胁的材料制成。研究团队发现，异物反应在30天内“安全而有力”地关闭了胶囊中细胞因子的流动。如果有必要，可进行第二个疗程。总编辑圈点“药物工厂”可放置在肿瘤旁边，围绕在这些器官和大多数其他器官的内膜内。如果医生需要不同的细胞因子来靶向特定形式的癌症，还可在药珠上装载工程细胞，制造相关免疫治疗的化合物。更值得欣喜的是，这一方法未来将不局限于文中的两种癌症，也可用于治疗胰腺癌、肝癌、肺癌和其他器官的癌症。

肿瘤免疫疗法是当前肿瘤治疗领域中最具前景的研究方向之一，已发展成为继手术、化疗和放疗之后的第四种肿瘤治疗模式。肿瘤免疫学治疗的方法种类繁多，目前各大医药研发企业的关注焦点主要包括：免疫检查点抗体药物，CAR-T疗法，溶瘤病毒等等，但新型的免疫疗法如何进行可靠有效的临床前效果评估，是推进肿瘤免疫疗法的一关键节点。百奥赛图自主研发了一系列免疫检查点人源化小鼠，为免疫检查点抗体药物筛选提供了可靠的体内药效模型，此外基于重度免疫缺陷B-NDG小鼠建立的免疫系统人源化小鼠模型也为药物验证提供了更多的选择。本期转化医学系列webinar邀请到的是百奥赛图药理药效事业部总监郭雅南博士，郭博士将给大家介绍：1. 免疫检查点抗体单用或联用在体内药效筛选的策略2. 利用免疫重建小鼠和B-hCD3e人源化小鼠进行双特异性抗体的体内药效评估与毒性检测3. 利用重度免疫缺陷小鼠B-NDG小鼠对CAR-T药物进行体内药效评估与毒性检测转化医学系列网络讲座第五期讲座题目：人源化模式小鼠在肿瘤免疫药物研究中的应用讲座时间：7月25日下午14:00-15:00主讲人：郭雅南 博士（百奥赛图）讲座形式：网络讲座，手机或PC即可参与（会议链接和如下报名链接相同）即刻报名扫描下方二维码主讲人简介郭雅南 博士百奥赛图 药理药效事业部总监清华大学生物科学与技术系本科；美国罗切斯特大学神经生物学/药理学博士学位；2009-2013年，在哈佛大学医学院伯明翰妇女医院转化医学系从事博士后研究工作；2014年回国，担任百奥赛图基因生物技术有限公司研发部副总监。拥有10多年癌症生物学和神经生物学的研究经验，现担任药理药效事业部总监。更多转化医学系列网络讲座安排，具体时间以珀金埃尔默微信推送时间为准。敬请关注！主题预计时间高内涵筛选助力个性化癌症医疗8月小分子激酶抑制剂研究最新进展9/19/2019使用Alpha技术研究RNA甲基化“橡皮擦” （ALKBH5）10/24/2019研究蛋白相互作用就是这么简单11/7/2019细胞成像分析前沿应用案例心得分享11/28/2019原来药物研发还可以这样做——基于表型筛选的药物研发11月小动物活体成像技术助力脑靶向载体的研究12/19/2019关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn