DNA和RNA等核酸是基因疗法和疫苗的关键组成部分，负责存储和传递生物信息。为了使这些核酸在体内有效发挥作用，它们需要借助化学载体系统进入细胞。近日，德国亥姆霍兹-海隆中心的研究人员提出了一种新的策略，建议为不同核酸开发个性化适配的载体系统，而非使用通用材料，以提升疫苗等应用的效果。
这项研究是与波茨坦大学和Pantherna Therapeutics合作进行的，相关成果已发表在《先进科学》杂志上。核酸在体内易被分解，且难以自行穿透细胞膜，还会受到免疫系统的攻击。亥姆霍兹-海隆中心特尔托夫活性聚合物研究所的研究员哈尼耶·莫拉迪安博士指出：“我们身体的保护机制会对抗这些我们想特异递送到细胞的生物活性物质，运输系统必须能够克服这些障碍而不造成损害。”
载体系统通过包装核酸来保护其在体内运输，并促进细胞摄取。目前，脂质纳米颗粒在临床应用中占主导地位，例如一些COVID-19疫苗就使用了这种技术，它们虽然高效，但存在稳定性有限等缺点。因此，新一代基于聚合物的载体系统应运而生。莫拉迪安表示：“聚合物的一个主要优势是它们可以被靶向化学修饰，这使得调整其结构、提高稳定性或进行修饰以在体内保持更长时间活性成为可能。” 这种特性使其在延迟或长期药物释放的应用中特别有吸引力。
过去，单个聚合物载体常被用于运输多种核酸。现在，研究人员提出了一种新的设计视角，旨在根据载荷的特性专门定制载体系统，从而为癌症研究、疫苗开发和再生医学等特定领域进行优化。该方法考虑了四个层面：载荷和载体的化学结构、大小和流动性，它们之间的相互作用，以及载体嵌入更大结构中的方式。后者虽然研究较少，但可能实现核酸的受控、长期释放。
莫拉迪安强调：“我们的核心信息是：你必须首先了解你想运输哪种类型的核酸。大而刚性的DNA与短RNA或中等长度mRNA有不同的要求。如果忽视这些差异，就是在浪费潜力。” 人工智能有望显著推进基于聚合物的载体的发展。研究人员设想，通过机器人系统生产大量不同的聚合物，并利用AI模型系统比较其特性，从而预测最适合特定载荷的载体设计。莫拉迪安解释道：“如果我们理解载体和载荷的某些特性如何相互影响，我们可以将这些信息输入预测模型。基于AI的模型可能有助于预测最适合特定载荷的载体设计。”
出版详情：作者：Torsten Fischer, Helmholtz Association of German Research Centres；标题：《Beyond lipid nanoparticles: How custom polymers and AI may reshape gene therapies》；发表于：《Advanced Science》(2025)。
