LNP模型中离子化脂质的相分离和空间分布：对脂质纳米颗粒结构和功能的影响

Kulkarni等人提出的基于夹在紧密相邻的脂质单层之间的siRNA的LNP模型中，未与siRNA相互作用的离子化脂质可以在LNP中心形成无定形的油相（图6C）。去质子化的离子化脂质与磷脂和胆固醇等两性分子相比几乎完全是疏水的。一旦离子化脂质去质子化，它的行为类似于甘油三酯，因此很可能会相分离成脂滴。请注意，离子化脂质的游离基衍生物（例如图2A中描述的离子化脂质）在室温下存在为油。对于含有20 mol％离子化脂质KC2、31.5 mol％DSPC、47 mol％胆固醇和1.5 mol％PEG-脂质的LNP，两个明显的相（通过冷冻电镜可视化），包括一个被提出的包含未带电的离子化脂质的油相和一个水相（图6D）。中性离子化脂质倾向于相分离成为纯疏水环境的事实得到了在不同比例的KC2和POPC在pH∼4和∼7.5 pH下的双层中的MD模拟的支持。在这项研究中，中性离子化脂质插入在POPC的疏水链的末端之间。一项有趣的单粒子荧光显微镜研究表明，siRNA聚集体在LNP中以非均匀的分布聚集，与上述模型非常吻合（图6D）。

最近，使用SANS技术研究了离子化脂质、DSPC和胆固醇在LNPs中的不同空间分布。利用氘化和非氘化脂质组分的不同散射特性表明，DSPC脂质主要位于LNP表面，胆固醇在表面和核心中广泛分布，离子化脂质（MC3）主要存在于核心，但也在表面存在一定程度。这项独特的研究评估了LNPs中脂质分布，但从SANS数据中推导多参数关于多组分和多分散性LNPs的信息是具有挑战性的。一项采用动态核极化增强NMR光谱技术的研究也声称能够确定各种LNP组分的空间位置。SANS研究和基于NMR的研究都支持LNP结构的同一基本理解：不同的脂质类型不仅与LNP的表面或核心相关联（与图1中的简单模型相反）；DSPC和PEG-脂质富集在表面；离子化脂质主要存在于核心。它们共同的模型进一步表明，胆固醇也主要位于核心。

这些研究表明，不同的LNPs具有非常不同的结构。胆固醇的小的物理化学变化[99]和离子化脂质是带电还是中性[94]都会对LNP结构产生重大影响。此外，单个脂质组分显着影响LNP的结构和生物学性质。复杂和大型的MD模拟、先进的NMR或其他技术可能在未来提供更详细的关于LNPs中脂质组分和核酸载体的分布和排列的信息。最终，这些信息与生物效应之间的相关性将使通过合理设计来改进LNPs的治疗应用成为可能。

详细总结这段文字，用于汇报内容：研究表明，基于夹在紧密相邻的脂质单层之间的siRNA的LNP模型中，离子化脂质可以在LNP中心形成无定形的油相。离子化脂质与磷脂和胆固醇等两性分子相比几乎完全是疏水的，一旦离子化脂质去质子化，它的行为类似于甘油三酯，因此很可能会相分离成脂滴。中性离子化脂质倾向于相分离成为纯疏水环境的事实得到了在不同比例的KC2和POPC在pH∼4和∼7.5 pH下的双层中的MD模拟的支持。在LNP中，siRNA聚集体以非均匀的分布聚集。SANS技术研究了离子化脂质、DSPC和胆固醇在LNPs中的不同空间分布，表明DSPC脂质主要位于LNP表面，胆固醇在表面和核心中广泛分布，离子化脂质主要存在于核心，但也在表面存在一定程度。这些研究表明，不同的LNPs具有非常不同的结构，单个脂质组分显着影响LNP的结构和生物学性质。最终，通过合理设计来改进LNPs的治疗应用成为可能。