我們描述了一種方法來確定膜彎曲剛度從電容測(cè)量大面積，獨(dú)立，平面，生物膜。脂質(zhì)膜的彎曲剛度是一種重要的生物力學(xué)特性，通常在囊泡中進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，但在平面無支撐系統(tǒng)中難以量化。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們同時(shí)對(duì)由DOPC和DOPG磷脂組成的獨(dú)立的、毫米面積的平面脂質(zhì)雙層成像并施加電勢(shì)，以測(cè)量膜的楊氏(彈性)模量。然后將雙分子層建模為相鄰的兩層彈性薄膜，從薄膜對(duì)電場(chǎng)的機(jī)電響應(yīng)計(jì)算彎曲剛度。利用DOPC，我們發(fā)現(xiàn)用這種方法測(cè)定的彎曲剛度與現(xiàn)有的用中子自旋回波測(cè)定囊泡、用原子力譜測(cè)定支撐脂質(zhì)雙層和用微管抽吸巨大單層囊泡的工作很好地一致。我們研究了不對(duì)稱鈣濃度對(duì)對(duì)稱DOPC和DOPG膜的影響，并量化了由此產(chǎn)生的彎曲剛度變化。該平臺(tái)提供了創(chuàng)建控制脂質(zhì)組成和水離子環(huán)境的平面雙層的能力，并具有不對(duì)稱改變兩者的能力。我們的目標(biāo)是利用這種高度的成分和環(huán)境控制，以及測(cè)量物理性質(zhì)的能力，在未來研究各種生物過程。

Zabala-Ferrera, O.; Liu, P.; Beltramo, P.J. Determining the Bending Rigidity of Free-Standing Planar Phospholipid Bilayers. Membranes 2023, 13, 129. https://doi.org/10.3390/membranes13020129

新冠疫情爆發(fā)后，mRNA相關(guān)技術(shù)獲得了快速突破，多款mRNA新冠疫苗上市并展現(xiàn)出了相較于其他傳統(tǒng)疫苗更高的保護(hù)率，使其逐漸成為研究寵兒。在mRNA疫苗中，一個(gè)核心要素就是構(gòu)建一個(gè)mRNA的遞送載體，而目前多通過脂質(zhì)納米粒（Lipidnanoparticle，LNP）來達(dá)到這一目的。

而LNP之所以可以作為遞送mRNA的首要載體，首要原因就是得益于構(gòu)建LNP時(shí)所使用的陽(yáng)離子磷脂或可電離磷脂。因?yàn)樵诮M裝過程下，陽(yáng)離子磷脂或可電離磷脂中帶正電的頭部基團(tuán)可以與帶負(fù)電的RNA磷酸骨干相互作用，通過靜電吸附達(dá)到包載的目的。那么各種不同的陽(yáng)離子磷脂其結(jié)構(gòu)上又有什么相似和不同之處呢，今天小編就帶大家了解一下。

早在1987年，研究者們就合成出了一種用于體外基因遞送的陽(yáng)離子磷脂DOTMA，用其制成的脂質(zhì)體遞送質(zhì)粒DNA，包封率可達(dá)將近100%。后續(xù)大家熟悉的Lipofection體外轉(zhuǎn)染試劑就是在此基礎(chǔ)上構(gòu)建的。圖1中即為DOTMA的組成結(jié)構(gòu)，可以看到其主要是由一個(gè)陽(yáng)離子或可電離的頭部基團(tuán)、連接基團(tuán)及疏水尾部組成。而且我們也可以根據(jù)3個(gè)組成基團(tuán)的不同來區(qū)分不同的陽(yáng)離子磷脂衍生物。

圖1. 陽(yáng)離子磷脂DOTMA的化學(xué)結(jié)構(gòu)和相關(guān)磷脂衍生物的結(jié)構(gòu)組成

首先，不同的疏水尾部結(jié)構(gòu)可以影響磷脂的pKa值、親脂性、相轉(zhuǎn)變溫度等，膽固醇衍生物或碳?xì)浠衔镦?，甚至生育酚衍生物都可以作為脂類的疏水部分。烴尾一般在8~18個(gè)碳單元之間，可具有不同的不飽和度，同時(shí)沒有對(duì)稱性的要求。而且在某些配方中加入不飽和脂肪酸作為脂尾可以提高輸送效率，這可能是由于它們的轉(zhuǎn)變溫度較低以及它們對(duì)提高膜流動(dòng)性的影響。而常用的連接基團(tuán)包括醚和酯、磷酸鹽或膦酸酯連接基團(tuán)、甘油型基團(tuán)或多肽。氨基甲酸酯和酰胺也經(jīng)常被用作連接基團(tuán)，因?yàn)樗鼈兌际腔瘜W(xué)穩(wěn)定和可生物降解的。酯和醚是化學(xué)穩(wěn)定的可選連接基團(tuán)。連接基團(tuán)是可調(diào)節(jié)的，因?yàn)樗鼈冏銐蚍€(wěn)定，具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性，但可以在目標(biāo)位點(diǎn)迅速降解，以促進(jìn)RNA有效載荷的釋放。而最主要的頭部基團(tuán)則可以是季銨鹽、胍基、咪唑鎓鹽、吡啶鹽等結(jié)構(gòu)組成的陽(yáng)離子磷脂，或是由伯胺和仲胺磷脂、叔胺基磷脂等組成的可電離磷脂，亦或是可由陽(yáng)離子和陰離子基團(tuán)共價(jià)連接組成的兩性離子脂質(zhì)。

隨著研究的不斷發(fā)展，越來越多的陽(yáng)離子磷脂或可電離磷脂不斷涌現(xiàn)，不斷改善其在RNA遞送上的各種問題，未來隨著mRNA疫苗等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步普及，相信也會(huì)有更多的磷脂種類供研究者們選擇。

參考文獻(xiàn)：

1. Felgner, P. L., et al. Lipofection: a Highly Efficient, Lipid-Mediated DNA-Transfection Procedure. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1987, 84, 7413?7417.

2. Yuebao Zhang., et al. Lipids and Lipid Derivatives for RNA Delivery. Chem. Rev. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00244

3. Mahato, R. I. Water Insoluble and Soluble Lipids for Gene Delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 2005, 57, 699?712.

納米藥物制備系統(tǒng)

應(yīng)用范圍：

了解更多信息請(qǐng)聯(lián)系021-37827858或13818273779

點(diǎn)擊以下鏈接，查看往期回顧

mRNA-LNP的結(jié)構(gòu)到底是怎樣的？

核酸脂質(zhì)納米粒（LNP）科普 —— 組成成分及作用

核酸脂質(zhì)納米粒科普——氮磷比計(jì)算

通過微流控技術(shù)GX、可放大的制備核酸脂質(zhì)納米粒

大小、結(jié)構(gòu)不同的mRNA-LNP，細(xì)胞內(nèi)的蛋白表達(dá)會(huì)不同嗎？—— 粒徑大小篇

mRNA體內(nèi)遞送載體有哪些？

NanoAssemblr制備的LNP實(shí)現(xiàn)對(duì)CRISPR-Cas9的GX遞送