麻省理工学院的研究人员设计了可递送信使RNA的可吸入颗粒。这些肺上皮细胞吸收了携带编码绿色荧光蛋白的mRNA的颗粒（黄色）。图像：阿莎·帕特尔（Asha Patel）
能够诱导细胞产生治疗性蛋白质的信使RNA在治疗多种疾病方面具有广阔的前景。迄今为止，这种方法的最大障碍是找到安全有效的方法来将mRNA分子递送至靶细胞。
麻省理工学院的研究人员已经设计出一种可吸入形式的mRNA，这可能会导致新的治疗肺部疾病的进展。研究人员说，这种气雾剂可以直接施用于肺部，以帮助治疗诸如囊性纤维化之类的疾病。
麻省理工学院化学工程系副教授，麻省理工学院科赫综合癌症研究所成员，医学工程与科学研究所（IMES），该研究的资深作者。
研究人员表明，它们可以诱导小鼠的肺细胞产生一种目标蛋白，在这种情况下，就是一种生物发光蛋白。研究人员说，如果用治疗性蛋白质可以达到相同的成功率，那将足以治疗许多肺部疾病。
该论文的主要作者是前麻省理工学院博士后阿沙·帕特尔（Asha Patel），他现在是伦敦帝国大学的助理教授，该论文发表在1月4日的《先进材料》杂志上。该论文的其他作者包括最近获得麻省理工学院博士学位的James Kaczmarek和Kevin Kauffman。科赫研究所（Koch Institute）的研究科学家Suman Bose；前麻省理工学院技术助理Faryal Mir； Translate Bio的首席技术官Michael Heartlein； Translate Bio研究与开发高级副总裁Frank DeRosa；麻省理工学院戴维·H·科赫研究所教授，科赫研究所成员罗伯特·兰格（Robert Langer）。
吸入治疗
Messenger RNA编码刺激细胞产生特定蛋白质的遗传指令。许多研究人员一直在研究通过将患者自己的细胞转变为药物工厂来开发可治疗遗传性疾病或癌症的mRNA的方法。
由于mRNA易于在体内分解，因此需要在某种保护性载体内运输。安德森实验室以前设计的材料可以向肝脏和其他器官输送mRNA和另一种称为RNA干扰（RNAi）的RNA疗法，其中一些正在进一步开发中，以便在患者中进行测试。
在这项研究中，研究人员希望创建一种可吸入的mRNA形式，该形式可使分子直接递送至肺部。许多现有的用于治疗哮喘和其他肺部疾病的药物都是经过特殊配制的，因此可以通过吸入器（雾化药粉）或雾化器（雾化器释放含药气雾剂）吸入。
麻省理工学院的研究小组着手开发一种可以在气溶胶输送过程中稳定RNA的材料。先前的一些研究已经探索了一种称为聚乙烯亚胺（PEI）的材料，该材料可将可吸入的DNA输送到肺部。但是，PEI难以分解，因此，对于mRNA治疗可能需要重复给药，聚合物可能会积聚并产生副作用。
为了避免这些潜在的副作用，研究人员转向了一种带正电荷的聚合物，称为超支化聚（β氨基酯），与PEI不同，该聚合物可生物降解。
研究小组创建的粒子由直径约150纳米的球体组成，其中的聚合物与编码萤光素酶（一种生物发光蛋白）的mRNA分子缠结在一起。研究人员使用雾化器将这些颗粒悬浮在液滴中，然后将它们以可吸入的雾状形式传递给小鼠。
呼吸被用作向肺部的简单但有效的输送途径。吸入气溶胶液滴后，每个液滴中包含的纳米颗粒会进入细胞，并指示其从mRNA中制备特定的蛋白质。 Patel说。
研究人员发现，小鼠吸入mRNA后24小时，肺细胞正在产生生物发光蛋白。随着mRNA的清除，蛋白质的量会随着时间的推移逐渐下降。研究人员能够通过给小鼠重复剂量来维持蛋白质的稳定水平，如果适应于治疗慢性肺部疾病，这可能是必需的。
分布广泛
对肺的进一步分析表明，mRNA均匀分布在整个肺的五个裂片中，并且主要被排列在肺表面的上皮肺细胞吸收。这些细胞与囊性纤维化以及其他肺部疾病（如呼吸窘迫综合征）有关，这是由于表面活性剂蛋白不足引起的。帕特尔（Patel）在她位于伦敦帝国学院的新实验室中，计划进一步研究基于mRNA的疗法。
在这项研究中，研究人员还证明了纳米颗粒可以冷冻干燥成粉末，这表明可以通过吸入器而不是雾化器来递送纳米颗粒，这可以使患者更方便地使用药物。
开发mRNA治疗药物的公司TranslateBio为这项研究提供了部分资金，并已在1/2阶段的囊性纤维化患者的临床试验中开始测试可吸入形式的mRNA。这项研究的其他资金来源包括英国工程和物理科学研究委员会和美国国家癌症研究所的科赫研究所资助（核心）赠款。
出版物：Asha Kumari Patel等人，“用于肺上皮中蛋白质生产的吸入式纳米配方mRNA复合物”，《先进材料》，2019年； doi：10.1002 / adma.201805116
