使用mRNA的疗法(如一些COVID-19疫苗)在预防和治疗许多疾病方面具有巨大潜力。这些疗法的工作原理是将mRNA“指令”穿梭到靶细胞中，为它们提供制造特定蛋白质的蓝图。这些蛋白质可以帮助组织再生、替换功能失调的蛋白质或促进免疫反应，从而提供各种不同的治疗策略。

然而，治疗只有在达到目标时才有用。mRNA通常包装在脂质纳米颗粒内，在到达最终目的地之前保持脆弱的货物完好无损。就目前的情况而言，充满mRNA的脂质纳米颗粒通常只能到达少数几种细胞类型，例如免疫细胞和肝脏或脾脏中的细胞。设计这种可以靶向难以触及的器官(如心脏或胰腺)的脂质纳米颗粒，可以彻底改变各种疾病的治疗选择。

为了满足这一需求，卡内基梅隆大学的研究人员正在开发旨在将mRNA特异性携带至胰腺的脂质纳米颗粒。他们在老鼠身上的研究最近发表在《科学进展》上可能为糖尿病和癌症等难治性胰腺疾病的新疗法铺平道路。

“脂质纳米颗粒本质上是微小的脂肪球体，脂肪具有各种化学特性，会影响它们穿过身体并靶向特定器官的能力，”该部门的项目主任LuisaRussell博士解释说。国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)的发现科学与技术。“通过优化这些脂肪分子并研究替代药物输送途径，研究作者能够设计出一种脂质纳米颗粒，可以安全地将mRNA输送到小鼠的胰腺组织。”

目前的mRNA药物递送途径包括肌内注射(用于COVID-19疫苗)和静脉内给药(用于一些研究性癌症治疗)。作为靶向递送的第一步，研究作者想知道不同的给药途径是否有助于将mRNA货物直接递送至胰腺。他们研究了通过腹膜内注射递送mRNA，这涉及将药物直接注射到腹膜腔器官(包括肾脏、肠道和胰腺)周围的液体中。

“虽然腹膜内注射在人类中并不常用，但这种给药方式在临床上用于治疗一些难以治疗的疾病，例如卵巢癌，”高级研究作者、卡内基梅隆大学教授KathrynWhitehead博士说。大学。“对于非常严重的胰腺疾病，腹腔注射的好处大于风险。”

研究人员将萤火虫荧光素酶(一种常用于研究的生物发光蛋白)的mRNA指令包装到脂质纳米颗粒中，然后通过静脉内或腹膜内方式将它们注射到小鼠体内。使用发光的萤火虫荧光素酶观察mRNA的行进位置，他们发现与静脉注射相比，腹​​膜内注射导致更丰富和更特异性的递送至胰腺。

接下来，研究人员开始优化构成纳米颗粒的脂肪分子的组成。不同的脂肪具有独特的化学特性，例如大小、电荷和疏水性，这些特性会影响纳米颗粒进入人体后发生的情况。使用的一种脂肪分子称为“辅助脂质”，之所以这样命名是因为它有助于稳定纳米颗粒并提高其效力。研究人员想知道改变辅助脂质的电荷是否会影响纳米颗粒的靶向并将其导向胰腺。在尝试了各种不同的纳米颗粒组合物后，研究人员发现了一种脂质组合可以改善小鼠的胰腺靶向。

“在过去的几年里，人们对纳米颗粒中的脂质如何将mRNA的递送重定向到不同的细胞和器官有了更多的认识，”该研究的第一作者、宾夕法尼亚大学的博士后研究员JilianMelamed博士说。.“脂质化学影响纳米颗粒效力和特异性的确切方式仍有待发现，我们仍在努力了解单个脂质成分如何影响整体mRNA递送。”

当作者研究他们优化的纳米粒子在胰腺中的确切位置时，他们惊讶地发现mRNA在胰岛细胞中最为丰富，而胰岛细胞仅占胰腺组织总量的1%–2%。胰岛细胞负责产生控制血液中葡萄糖的激素(例如胰岛素)。这种特定的目标可能具有潜在的下游临床应用。

Whitehead说：“随着进一步的发展，我们的研究可能会创造出治疗糖尿病或某些类型胰腺癌的疗法。”“然而，这些潜在的治疗方法在进入临床试验之前需要更多的临床前研究。