室温下自组装的纳米粒子可以改变疫苗的输送方式

芝加哥大学普利兹克分子工程学院 (UChicago PME) 的研究人员设计了一种基于聚合物的纳米颗粒，只需简单的温度变化即可形成 - 无需刺激性化学物质、无需专门设备、也无需处理，这一发现可能扩大下一代生物药物和疫苗的获取渠道。

《自然生物医学工程》杂志描述的新型纳米粒子可以在室温下在水中自组装，并且由于这些温和的条件，可以递送蛋白质，而蛋白质在许多现有的纳米粒子配方中是不稳定的。

“这个平台让我兴奋的是它的简单性和多功能性。只需将样品从冰箱温度加热到室温，我们就能可靠地制造出可用于递送各种生物药物的纳米颗粒，”共同资深作者、芝加哥大学普利兹克分子工程系Barry L. MacLean分子工程创新与企业教授、阿贡国家实验室的一名研究员Stuart Rowan说道。

从问题到平台

纳米颗粒是保护RNA和蛋白质等精细药物在到达目标细胞之前免于在体内降解的关键。例如，由脂肪分子制成的脂质纳米颗粒（LNP）就曾用于制造COVID-19 mRNA疫苗。然而，LNP依赖于醇基溶剂和敏感的制造步骤，这使得它们不太适合蛋白质递送，而且难以规模化。

“我们希望制造一种可以同时用于 RNA 和蛋白质疗法的输送系统，因为目前大多数平台只专注于一种疗法，”第一作者、芝加哥大学 PME 研究生 Samir Hossainy 说。

“我们还希望使其具有可扩展性，而不需要有毒溶剂或复杂的微流体。”

Hossainy 假设，基于聚合物的纳米粒子可以提供一种更稳健、更可定制的替代方案。他概述了所需的特性：免疫系统只会对具有特定尺寸、形状和电荷的粒子做出反应。然后，他利用化学工具从零开始设计新的纳米粒子。

在尝试并微调了十几种不同的材料后，他找到了一种有效的材料。在冷水中，这种聚合物——以及任何所需的蛋白质——仍然溶解。但当加热到室温时，这种聚合物会自组装成大小均匀的纳米颗粒（或称“聚合物囊泡”），包裹住蛋白质分子。

“我们的颗粒大小和形态仅由我自下而上设计的聚合物的化学性质决定，”Hossainy解释道。“我们不必担心形成不同的颗粒大小，而这对于当今的许多纳米颗粒来说是一个挑战。”

运载多种货物

为了测试这种新型聚合物囊泡，Hossainy 与 Rowan 实验室的同事以及前芝加哥大学工程与机械工程教授（PME，现就职于纽约大学）Jeffrey Hubbell 合作。首先，他们证明这些颗粒可以包封超过 75% 的蛋白质和近 100% 的短干扰 RNA (siRNA)——远高于目前大多数系统——并且可以冷冻干燥，无需冷藏即可保存，直至需要为止。

在疫苗接种方面，Hossainy 和他的合作者发现聚合物囊泡可以有效地携带蛋白质，当注射到小鼠体内时，会导致动物的免疫系统产生针对该蛋白质的持久抗体。

另一项实验表明，纳米颗粒还可以携带旨在阻止过敏性哮喘免疫反应的蛋白质。第三项实验表明，将聚合物囊泡注射到肿瘤中可以阻断癌症相关基因，并抑制小鼠体内肿瘤的生长。

“令人兴奋的是，我们不需要为每种用例定制不同的系统，”Hossainy说。“这套配方适用于我们尝试的所有方法——蛋白质、RNA、免疫激活、免疫抑制以及直接肿瘤靶向。”

可扩展的全球疫苗解决方案

与现有的LNP相比，新型聚合物囊泡的最大优势之一是其低技术含量、分散式生产的潜力。Hossainy表示，他设想未来能够将纳米颗粒的冻干制剂运送到世界任何地方。需要使用时，只需将它们与冷水混合，加热，即可立即交付给患者。

Hossainy 表示：“能够干燥储存这些物质可以大大提高 RNA 或蛋白质的稳定性。”

该团队正在继续对粒子进行微调，以携带更多类型的货物，包括类似 COVID-19 疫苗中使用的信使 RNA（通常比当前试验中使用的 siRNA 大得多）。

他们还计划合作进行临床前试验，将聚合物囊泡应用于现实世界的疫苗或药物输送挑战。

更多信息： Samir Hossainy 等人，《热可逆组装聚合物囊泡用于高效装载、加工和递送蛋白质和 siRNA 生物制剂》，《自然生物医学工程》 (2025)。DOI ：10.1038/s41551-025-01469-7