Naturally-occurring cholesterol analogues in lipid nanoparticles induce polymorphic shape and enhance intracellular delivery of mRNA

细胞内 胆固醇 信使核糖核酸 化学 纳米颗粒 细胞生物学 生物 纳米技术 生物化学 材料科学 基因
作者
Siddharth Patel,N. Ashwanikumar,Ema Robinson,Yan Xia,Cosmin Mihai,Joseph P. Griffith,Shangguo Hou,Adam A. Esposito,Tatiana Ketova,Kevin Welsher,John L. Joyal,Örn Almarsson,Gaurav Sahay
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:322
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14527-2
摘要

Endosomal sequestration of lipid-based nanoparticles (LNPs) remains a formidable barrier to delivery. Herein, structure-activity analysis of cholesterol analogues reveals that incorporation of C-24 alkyl phytosterols into LNPs (eLNPs) enhances gene transfection and the length of alkyl tail, flexibility of sterol ring and polarity due to -OH group is required to maintain high transfection. Cryo-TEM displays a polyhedral shape for eLNPs compared to spherical LNPs, while x-ray scattering shows little disparity in internal structure. eLNPs exhibit higher cellular uptake and retention, potentially leading to a steady release from the endosomes over time. 3D single-particle tracking shows enhanced intracellular diffusivity of eLNPs relative to LNPs, suggesting eLNP traffic to productive pathways for escape. Our findings show the importance of cholesterol in subcellular transport of LNPs carrying mRNA and emphasize the need for greater insights into surface composition and structural properties of nanoparticles, and their subcellular interactions which enable designs to improve endosomal escape.
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