可逆交联调节脂质纳米颗粒结构稳定性作为优化mRNA递送效率的新途径。 脂质纳米颗粒（LNP）是mRNA疫苗和核酸药物递送的核心平台，但在实际应用中仍面临稳定性不足和内体逃逸效率有限等关键问题。在储存、冻干及体内循环过程中，LNP可能发生结构变化和成分漂移，影响mRNA表达强度与持续时间。如何在保证有效释放的同时提升颗粒整体稳定性，是该领域持续关注的重要挑战。
针对这一问题，美国约翰·霍普金斯大学纳米生物技术研究所（INBT）毛海泉教授团队提出了一种后组装交联策略，在LNP组装完成后引入酸敏可逆共价键，在中性环境中形成稳定交联结构，在内体酸性环境下断裂释放，实现稳定储存—酸性响应的动态调控。
2026年2月16日，相关成果以Crosslinking of lipid nanoparticles enhances the delivery efficiency and efficacy of mRNA vaccines为题发表在Nature Chemical Engineering期刊上。论文通讯作者为毛海泉教授，第一作者为刘祥博士和朱亦宁博士。
研究团队合成了多种含醛基或三酮反应位点的胆固醇衍生物，并结合不同分子长度与空间构型的胺类交联分子，在颗粒内部形成酸敏可逆共价键，系统构建交联化脂质纳米颗粒库并开展结构筛选与优化。实验结果显示，优化后的交联型LNP的细胞转染效率显著提升，同时在冻干处理后仍保持粒径均一和高表达能力，而传统未交联LNP的表达水平明显下降。通过不可逆交联方法，虽然同样提高了结构稳定性、却不能提高LNP的转染效率。这些结果表明优化交联结构对于实现提高递送性能的重要性。该研究使用王泽辉教授组开发的多激光柱面照明共聚焦光谱技术（multi-laser cylindrical illumination confocal spectroscopy, CICS）进行单颗粒分析发现，交联结构显著减少透析过程中空颗粒比例增加和mRNA负载分布变化，抑制成分漂移，提高颗粒成分一致性和整体稳定性。该结果表明，交联策略不仅提升了细胞转染功能，也增强了LNP的物理完整性，进一步揭示了颗粒内部结构稳定性与递送性能之间的内在联系。
图1：可逆交联型mRNA脂质纳米颗粒（cLNP）的合成、筛选与优化。
图2：优化后的可逆交联型LNP的表征及其增强的mRNA递送效率。
在细胞机制研究中，作者利用稳定表达Gal8-GFP的报告细胞并结合共聚焦显微成像观察Gal8招募形成的斑点，从而评估内体膜破裂程度。结果显示，酸敏可断裂交联结构显著增强内体逃逸效率，而不可断裂的交联结构虽然提高细胞摄取，却未能提升基因表达水平，说明可逆结构对于mRNA有效释放至关重要。这一差异进一步证明，单纯增强细胞摄取并不足以提升递送效率，内体释放步骤是决定表达水平的关键环节。在小鼠体内实验中，优化后的交联型LNP在肌肉注射模型中实现数十倍表达增强，并显著延长表达持续时间。通过进一步优化交联分子链长，细胞内释放效率进一步提高，体外转染能力和体内表达水平同步增强，同时保持良好的生物相容性。
图3：可逆交联型LNP介导的mRNA体内递送效果。
此外，该交联策略成功拓展至FDA批准的ALC-0315脂质体系及其他脂质平台，均获得明显性能提升，表明该方法具有较强的普适性和可延展性。在疫苗模型中，可逆交联LNP诱导更强的抗原特异性CD8+T细胞反应和更高抗体滴度，显示出更优的免疫增强效果。这意味着可逆交联结构不仅提升了mRNA表达效率，也放大了下游免疫效应。整体而言，该研究通过构建可控的交联结构，实现了结构稳定性与递送效率的协同提升，为mRNA疫苗和基因治疗递送系统提供了新的设计思路。未来通过进一步优化交联化学类型与交联程度，并结合组织靶向策略，有望拓展至体内基因编辑和复杂疾病治疗等更具挑战性的应用场景。
图4：可逆交联型LNP在体内增强mRNA疫苗免疫效果的评估。
（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s44286-026-00356-5
作者：毛海泉等 来源：《自然-化工》
