2025年10月16日，西南大學李翀教授、美國俄亥俄州立大學Robert J. Lee等合作者在期刊《Nature Communications》上發(fā)表題為"Virus-inspired lipopeptide-derived nucleic acid delivery to cartilage for osteoarthritis therapy"的研究論文。
文中使用蘇州艾特森制藥設備有限公司MPE-L2型微流控制備儀制備了一系列非致病性、受病毒啟發(fā)的脂肽基納米顆粒(Virus-inspired lipopeptide-based nanoparticles，VPN)，向軟骨遞送核酸，用于骨關節(jié)炎治療。
研究背景
軟骨靶向基因治療在骨關節(jié)炎(OA)治療中具有良好前景，但其療效嚴重依賴于遞送載體的有效性，本文研究團隊開發(fā)了一種非致病性、模塊化設計的病毒啟發(fā)脂肽基納米顆粒(VPN)，并結合ROS響應型凝膠系統(tǒng)(si-VPN@HA)，以構建高效安全的軟骨靶向核酸遞送平臺，突破現(xiàn)有OA基因治療的遞送瓶頸。
1.VPNs與si-VPNs的設計與構建
? VPNs的制備：脂肽自組裝：
通過固相肽合成法制備含Col2靶向頭部、可變精氨酸/組氨酸陽離子部分及C??疏水部分的脂肽，將脂肽溶于DMSO后緩慢加入DEPC，攪拌10分鐘，利用脂肽自組裝形成納米顆粒。
? si-VPNs的制備：siRNA負載：
采用艾特森微流控設備，將等體積預設N:P比的VPN溶液與siRNA溶液均勻混合，借助靜電吸附作用使siRNA負載于VPN 形成復合物。
圖例1：si-VPNs制備過程
2. VPNs與 si-VPNs的制備與表征
研究團隊成功制備了在酸性環(huán)境下可調整尺寸和電荷、因而更易滲透軟骨的VPN納米顆粒。通過微流控制備方法，VPN可以高效包裹siRNA形成si-VPN，后者不易被酶降解。VPN是空心囊泡，包裹siRNA后變成實心小球。
圖例2：VPNs與 si-VPNs的制備與表征
3. 體外轉染與RNA干擾效能
研究團隊發(fā)現(xiàn)，在軟骨細胞中，si-VPN-2(–[(R)5-(H)4]2–)比傳統(tǒng)載體(如MC3-LNP)攝取效率更高；在軟骨小球模型中，si-VPN-2能穿透到小球中心，其他載體多停在表面； si-VPN-2 能高效沉默MMP-13，可發(fā)揮基因治療作用。
圖例3：體外轉染與RNA干擾效能
4. MMP-13沉默影響體外基因表達譜
研究團隊進一步驗證了si-VPN-2臨床應用前景，證實在患者原代軟骨細胞中，si-VPN-2的細胞攝取效率高(較傳統(tǒng)MC3-LNP高3倍多)，無聚集，可高效實現(xiàn)溶酶體逃逸，使MMP-13 高效表達沉默；通過基因測序發(fā)現(xiàn)，si-VPN-2能調控OA相關基因，影響 OA關鍵通路。
圖例4：MMP-13沉默影響體外基因表達譜
5.納米-凝膠si-VPN@HA的構建、釋放與關節(jié)滯留
基于上述研究成功，研究團隊構建了一種ROS響應型 si-VPN@HA 納米凝膠，該凝膠可根據(jù)環(huán)境ROS水平響應性釋放釋放 si-VPN-2；釋放的si-VPN-2仍有高軟骨穿透能力。si-VPN@HA可在關節(jié)內滯留超21天，調和了穿透和滯留的困境。
圖例5：納米-凝膠si-VPN@HA的構建、釋放與關節(jié)滯留
6. 在外科ACTL模型中通過si-VPN@HA治療緩解軟骨變性
研究團隊在在ACLT OA小鼠模型中證實si-VPN@HA的作用效果：
?較 si-VPN-2、si-MC3-LNP 更能減輕軟骨退變，OARSI 評分接近假手術組；
?可實現(xiàn)約75% MMP-13體內沉默，下調NGF、MMP-9等信號，緩解疼痛與軟骨分解；
?調節(jié)巨噬細胞表型(減M1、增M2)并降低炎癥基因，且安全性良好。
圖例6：在外科ACTL模型中通過si-VPN@HA治療緩解軟骨變性
7. PTOA模型與類固醇協(xié)同治療實現(xiàn)更優(yōu)關節(jié)保護
證實在PTOA小鼠模型中： si-VPN@HA與內固醇合用更能保護關節(jié)功能，減輕軟骨退變與骨贅形成。
圖例7：PTOA模型與類固醇協(xié)同治療實現(xiàn)更優(yōu)關節(jié)保護
8. 關節(jié)內mRNA遞送的功能驗證
進一步地，研究團隊使用微流控制備儀將VPN與mRNA混合，制備含mRNA的納米顆粒即m-VPNs，證明m-VPN-2的體外轉染效率、體內軟mRNA遞送效果均顯著優(yōu)于m-VPN-1及m-MC3-LNP。
圖例8：關節(jié)內mRNA遞送的功能驗證
知識分享：研究亮點
1 本文創(chuàng)新設計出受病毒啟發(fā)的模塊化脂肽基納米顆粒(VPN)，以含可變精氨酸/組氨酸的陽離子部分為核心功能組件，優(yōu)化后的VPN-2轉染效率較傳統(tǒng)脂質納米顆粒提升約2.5倍，且具備pH敏感性與軟骨靶向性，可高效遞送核酸至軟骨細胞并實現(xiàn)溶酶體逃逸。
2 為解決關節(jié)內遞送的 “穿透-滯留” 矛盾，構建ROS響應型si-VPN@HA凝膠內納米系統(tǒng)，該系統(tǒng)在OA高ROS環(huán)境下可釋放si-VPN-2，在ACLT小鼠中減輕軟骨退變，與甲潑尼龍聯(lián)用還能在PTOA小鼠中實現(xiàn)更優(yōu)關節(jié)保護。
3 研究同時驗證VPN-2可作為mRNA遞送載體，在體外細胞與ACLT小鼠體內均展現(xiàn)出優(yōu)異的mRNA轉染效果，證實其作為軟骨靶向核酸遞送平臺的通用性，為骨關節(jié)炎創(chuàng)新治療提供新策略。
參考文獻：
Nature Communications (IF 15.7) Pub Date:2025-10-16, DOI:10.1038/s41467-025-64212-5
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