A Unified Strategy to Improve Lipid Nanoparticle Mediated mRNA Delivery Using Adenosine Triphosphate

信使核糖核酸 体内 化学 细胞内 三磷酸腺苷 体外 药物输送 细胞生物学 生物化学 计算生物学 基因 生物 遗传学 有机化学
作者
Yutian Ma,Owen S. Fenton
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (36): 19800-19811 被引量:14
标识
DOI:10.1021/jacs.3c05574
摘要

A central goal of chemical and drug delivery sciences is to maximize the therapeutic efficacy of a given drug at the lowest possible dose. Here, we report a generalizable strategy that can be utilized to improve the delivery of mRNA drugs using lipid nanoparticles (LNPs), the clinically approved chemistry platforms utilized in the Moderna and Pfizer/BioNTech COVID-19 vaccines. In brief, our strategy updates the chemistry of LNPs to incorporate adenosine triphosphate (ATP) alongside mRNA, a modification that results in upward of a 79-fold increase in LNP-delivered mRNA-encoded protein expression in vitro and a 24-fold increase in vivo when compared to parent mRNA LNP formulations that do not contain ATP. Notably, we find that our ATP co-delivery strategy increases LNP-delivered mRNA-encoded protein expression across eight different LNP chemistries and three different cell lines, under normoxia and hypoxia, and in a well-tolerated fashion. Notably, our strategy also improves the expression of mRNA encoding for intracellular and secreted proteins both in vitro and in vivo, highlighting the utility of leveraging ATP co-delivery within mRNA LNPs as a means to increase protein expression. In developing this strategy, we hope that we have provided a simple yet powerful approach to improving mRNA LNPs that may one day be useful in developing therapies for human disease.
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