“冻干”为何让mRNA纳米颗粒失效？哈医大与上交大合作揭示内部相分离引发的结构无序机制

近日，哈尔滨医科大学基础医学院/药学院刘卓教授与上海交通大学洪亮教授合作，在《Journal ofControlled Release》上发表题为《Loss of internal structural order induced by freezing and Lyophilization correlates with reduced in vitro activity of mRNA lipid nanoparticles》的研究论文。该研究揭示了mRNA脂质纳米颗粒（mRNA-LNPs）在冷冻及冻干过程中的结构-活性关系（SAR），证实了内部有序结构的维持是保障其体外活性的关键，并为mRNA-LNP制剂的高通量筛选与冻干工艺优化提供了全新的理论指导。

研究发现，在冷冻和冻干过程中，mRNA-LNPs的内部结构会发生显著变化。团队利用小角X射线散射（SAXS）技术系统分析了58种不同冻干工艺下的样品，首次发现在~0.13 Å⁻¹处的特征散射峰强度与体外转染活性呈高度正相关。进一步通过³¹P核磁共振（NMR）技术证实，冻干过程可能导致LNP内部发生mRNA与脂质组分的相分离，这种结构无序化的改变会明显削弱SAXS特征峰，并导致体外活性大幅下降。研究指出，当包封效率（EE%）高于86%时，这种基于SAXS的特征峰强度可作为可靠的体外活性预测指标。

团队进一步通过体外细胞模型及多种物化表征手段，证实了冻干保护剂种类（海藻糖效果优于蔗糖等）、缓冲液体系（Tris缓冲液明显优于磷酸盐缓冲液）及冻干保护剂浓度等工艺参数，对维持LNP内部“脂质-mRNA”有序结构至关重要。研究建议，应针对特定mRNA-LNP配方进行系统的冻干保护剂及缓冲液筛选，并建立基于SAXS的高通量筛选平台，以加速稳定型mRNA纳米药物的研发。同时也需注意，该结构-活性关系具有显著的细胞环境依赖性，并且在向动物体内应用转化时也需谨慎评估。

图注：冻干的mRNA脂质纳米颗粒体外活性丧失，很可能与冻干过程中mRNA与脂质相分离引起的结构无序有关。

关键词：mRNA脂质纳米颗粒；结构-活性关系；小角X射线散射；冻干技术；³¹P核磁共振

原文链接：Doi: 10.1016/j.jconrel.2026.115148

通讯作者简介：

刘卓，哈尔滨医科大学基础医学院/药学院教授、博士生导师。长期从事mRNA疫苗构效关系及深海微生物对极端环境的适应机制研究。

洪亮，上海交通大学自然科学研究院教授、博士生导师。长期运用中子和X射线散射进行生物物理机制研究。

第一作者简介：

陈晓霞，哈尔滨医科大学生物化学与分子生物学教研室博士后，师从刘卓教授。主要研究方向为mRNA疫苗构效关系研究。