脂质纳米粒（LNP）作为基因编辑和细胞疗法的核心递送平台，在体外实验中表现优异，但在活体环境中的递送效率却往往不尽如人意。美国生物研究组织Biohub的研究人员提出一个关键问题：细胞所处的微环境是否影响了其对LNP的接受度？实验室常用的细胞培养基与人体血浆成分差异巨大，前者含有更高浓度的葡萄糖和氨基酸，这可能正是导致LNP在体内表现不佳的潜在原因。
这项发表在《科学转化医学》上的研究揭示了一个令人惊讶的简单答案：在模拟生理环境的培养基中补充特定氨基酸，能显著提升LNP的体内递送效果。Biohub生物工程师Daniel Zongjie Wang指出，探究LNP在生理环境中的表现差异，找到了能大幅提高mRNA和基因编辑疗法有效性的关键线索。
研究团队首先将肺和结肠上皮细胞分别培养在标准培养基和模拟人体血浆的液体中。一周后，使用携带绿色荧光蛋白（GFP）的LNP处理细胞。结果显示，在模拟生理环境中生长的细胞，其GFP表达量明显低于标准培养基中的细胞。这表明生理环境下的细胞代谢状态可能阻碍了LNP的摄取。
由于环境条件直接影响细胞代谢，进而影响细胞对外部物质的吸收，研究人员进一步分析了两种培养基中细胞的代谢组和转录组变化。通过液相色谱 - 质谱联用技术发现，模拟生理环境中的细胞氨基酸浓度较低，尤其是甲硫氨酸和精氨酸，且相关氨基酸代谢基因的表达也显著下调。这一发现与转录组学结果高度一致。
为了验证代谢变化对LNP递送效率的影响，团队在模拟生理培养基中分别添加或不添加特定氨基酸，再引入LNP。结果显示，添加氨基酸后，LNP的细胞递送量翻倍。研究团队最终筛选出效果最佳的三种氨基酸：甲硫氨酸、精氨酸和丝氨酸，并决定将其作为补充剂用于后续研究。
在小鼠实验中，研究人员测试了这种氨基酸补充剂在LNP递送荧光素酶（一种用于活体成像的发光化合物）时的效果。与仅接受LNP的小鼠相比，同时接受氨基酸补充的小鼠体内发光信号在整个研究期间保持更强。在肝损伤小鼠模型中，补充氨基酸并递送生长激素mRNA的小鼠，其血清激素浓度显著升高，同时肝坏死和系统性肝损伤生物标志物明显减少。
针对基因编辑材料的递送，团队构建了除红细胞和毛发外全身表达GFP的小鼠模型，并通过气管递送针对GFP的引导RNA和CRISPR-Cas9材料。结果显示，未补充氨基酸的小鼠基因编辑效率仅为20%至30%，而接受补充剂的小鼠中，85%至90%的细胞成功丢失GFP表达，证明氨基酸显著提升了基因编辑材料的递送效率。
Biohub负责人Shana Kelley强调，基因编辑和mRNA疗法将在未来医学中扮演越来越重要的角色，但它们高度依赖LNP成功进入细胞。她指出，当前开发的任何LNP配方都可能从这一策略中获益。这一发现不仅为美国等发达国家的生物医药研发提供了新的优化思路，也揭示了细胞微环境在药物递送研究中的关键作用。