RNA製剤を分解させないための送達手段 RNAデリバリーの脂質ナノ粒子 (LNP)

RNAベースの治療法は30年以上開発されており、トランスサイレチンを介したアミロイドーシスに苦しむ患者の治療のために、2018年に最初の薬剤（ONPATTRO®）が承認されました。近年ではCOVID-19のパンデミックにより、Moderna社とBioNTech社 / Pfizer社によるSARS-Cov2ウイルスに対するmRNAベースのワクチンの急速な開発で脚光を浴びています。これらのワクチンは非常に効果的で安全であることが証明されています。この技術の重要な部分は、RNAの送達に使用される脂質ナノ粒子 (LNP) です。裸のRNAは免疫原性があり、酵素分解を受けやすく、細胞に取り込まれないため、単純に注入することはできません。これらの問題を克服するために、RNAは循環中の分解から保護する LNP にパッケージ化され、細胞に侵入し、内容物を細胞質に放出して、リボソームが RNA を使用して目的のタンパク質を合成できるようにします。
何十年にもわたって効果的な LNP を構成する脂質の開発と処方に研究が費やされてきました。基本的に LNP の作成には 4種類の脂質が必要です (括弧内の値はおおよその比率です)。

• イオン化脂質：これは LNP の重要な要素（35〜50％）であり、2つの主要な役割があります。RNAを結合することと、細胞内でRNAを放出できるようにすることです。脂質の pKa は、LNPが毒性を示さず、中性pHでは電荷を持たず、低pHでは正に荷電する必要があるので重要な因子です。何百もの脂質が合成され、多くの研究グループによってスクリーニングされ、望ましい特性と効果を持つ脂質が特定されました。 成功した例には、ALC-0315、cKK-E12、SM-102、および Dlin-MC3-DMA が含まれます。
• PEG化脂質：体内の循環半減期を延ばすために、少量のPEG誘導体化脂質（0.5〜3％）が組み込まれています。 PEG-脂質は、いわゆる「ステルス」リポソームを作成するリポソームドラッグデリバリーシステムでも長年使用されてきました。 さらに、PEG-脂質のパーセンテージは LNP のサイズに影響を与えます。例としては、ALC-0159、DSPE-mPEG、DMG-mPEG などがあります。
• コレステロール：コレステロールは構造的な「ヘルパー」脂質であり、LNPの重要な部分（40〜50％）を構成し、おそらく膜融合を促進し、エンドソーム脱出を促進することによって有効性を改善します。
• 中性リン脂質：DSPC、DPPC、DOPE（〜10％）などの合成リン脂質も、細胞結合を促進するLNP製剤の構造「ヘルパー」脂質として一般的に使用されます。

RNA を含む LNP を製造するには、エタノール中の脂質と低pHバッファー中のRNAをマイクロ流体ミキサーで急速に混合します。イオン化脂質はプロトン化され、RNAに結合してカプセル化し始めます。pHを徐々に 7.4 に上げ、エタノールを除去して、LNPを形成します (図1)。RNAカプセル化の効率は、リポソームに使用される従来の押し出しと比較して、マイクロ流体混合を使用すると非常に高くなります。粒子サイズ、表面電荷、組織ターゲティングなどの LNP製剤の特性は、LNP内の脂質の種類と比率によって調整可能です。

図1：脂質ナノ粒子（LNP）の成分の例
イオン化脂質、PEG化脂質、コレステロール、およびヘルパーリン脂質で構成される外側の脂質コートが、RNAカーゴをカプセル化するイオン化脂質のコアを囲みます。

LNPが注入された後、粒子はエンドソーム内の細胞に取り込まれます。エンドソームの成熟中に pHが低下し、イオン化脂質がプロトン化されてエンドソームが破裂し、LNPがサイトゾルに放出されます。サイトゾルの pHが高いと、LNPが解離し、リボソーム翻訳とタンパク質発現のためにRNAが放出され、目的の効果が得られます。

COVID-19を予防するために現在投与されているRNAベースのワクチンは、20年間の研究の集大成であり、LNPへの組み込みが成功の重要な要因です。さらに、現在のパンデミックを超えて、他のワクチンや治療法の無数のアプリケーションがあります。科学者が利用できる LNP生成用の脂質の数が増えるにつれ、それらをどのように研究に使用できるようになるでしょうか。

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