DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59489-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410169
تاريخ النشر: 2025-05-23
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: التداخل RNA وتوصيل الجينات
النتائج
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون بنجاح الكيوبوزومات—جزيئات دهنية نانوية شديدة الانصهار—لتحميل الأدوية داخل الإكسوزومات، مما أدى إلى إنشاء إكسوزومات هجينة. الهيكل الفريد للكيوبوزومات، الذي يتميز بانحنائين رئيسيين، يسهل الاندماج التلقائي مع الأغشية الدهنية، مما يقلل من الطاقة الحرة المرتبطة بعملية الاندماج. تتيح هذه الطريقة الخلط المباشر لمحلول الكيوبوزومات والإكسوزومات لتصنيع الإكسوزومات الهجينة.
تم تقييم فعالية هذه الإكسوزومات الهجينة من خلال اختبار اختراق حاجز الدم في الدماغ (BBB) في المختبر، والذي أظهر أنها حافظت على الوظائف البيولوجية للإكسوزومات الأصلية بل وعززتها. ومن الجدير بالذكر أن نسبة الكيوبوزومات إلى الإكسوزومات كانت لها تأثير على كل من النفاذية وسلوك الامتصاص عبر حاجز الدم في الدماغ، مما يشير إلى إمكانية تطبيقات توصيل الأدوية المخصصة.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون التقدم في الإنتاج على نطاق واسع للكيوبوزومات باستخدام نهج ميكروفلويديك، الذي كان متأخراً سابقاً عن جزيئات الدهون النانوية (LNPs) في معدل الإنتاج. من خلال تحسين ظروف التدفق وتصميم الخلاط، حققوا زيادة كبيرة في إنتاج الكيوبوزومات، مع التركيز على تأثير تركيز الدهون، ومعدل التدفق الكلي (TFR)، ونسبة معدل التدفق (FRR) على التكوين الهيكلي للكيوبوزومات. أشارت نتائجهم إلى أن تركيزات الدهون الأعلى وTFRs، إلى جانب FRRs الأقل، كانت تفضل تشكيل المرحلة المكعبة، وهو ما تم تأكيده من خلال تحليل SAXS. أدت الظروف المحسنة إلى إنتاج كيوبوزومات بحجم متوسط يبلغ حوالي 120 نانومتر ومؤشر توزيع متعدد (PDI) يبلغ 0.17، مما يدل على هيكل مكعب منظم جيداً.
استكشفت الدراسة أيضاً قدرات احتواء الكيوبوزومات، وخاصة للجزيئات الحيوية الكبيرة مثل mRNA والبروتينات. أفاد المؤلفون بكفاءات تحميل عالية، حيث حقق mRNA كفاءة تصل إلى 98%، وأكدوا سلامة الهيكل للكيوبوزومات بعد الاحتواء من خلال تقنيات التصوير المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الكيوبوزومات استقراراً ممتازاً للأدوية الحساسة، حيث حافظت على سلامتها الهيكلية لمدة ثلاثة أسابيع في درجة حرارة الغرفة. تم تحليل حركيات اندماج الأغشية بين الكيوبوزومات والإكسوزومات باستخدام FRET وSAXS، مما كشف عن ديناميات اندماج سريعة تأثرت بالتفاعلات الكهروستاتيكية وتركيز الجسيمات. أخيراً، تم تقييم نقل الإكسوزومات الهجينة عبر نموذج حاجز الدم في الدماغ ثلاثي الأبعاد (BBB)، مما أظهر قدرات نقل محسنة عندما تم دمج الكيوبوزومات مع الإكسوزومات، مما يبرز إمكانيات الكيوبوزومات كنظم فعالة لتوصيل الأدوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59489-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40410169
Publication Date: 2025-05-23
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: RNA Interference and Gene Delivery
Results
In this study, the authors successfully employed cubosomes—highly fusogenic lipid nanoparticles—to load drugs into exosomes, creating hybrid exosomes. The unique structure of cubosomes, characterized by two principal curvatures, facilitates spontaneous fusion with lipid membranes, thereby reducing the free energy associated with the fusion process. This method allows for the straightforward mixing of cubosome and exosome solutions to fabricate the hybrid exosomes.
The efficacy of these hybrid exosomes was evaluated through an in vitro blood-brain barrier (BBB) permeation test, which demonstrated that they preserved and even enhanced the biological functions of the original exosomes. Notably, the ratio of cubosomes to exosomes was found to influence both the permeability and absorption behavior across the BBB, indicating a potential for tailored drug delivery applications.
Discussion
In this section, the authors discuss advancements in the large-scale production of cubosomes using a microfluidic approach, which previously lagged behind lipid nanoparticles (LNPs) in production rate. By optimizing flow conditions and mixer design, they achieved a significant increase in cubosome production, with a focus on the influence of lipid concentration, total flow rate (TFR), and flow rate ratio (FRR) on the structural formation of cubosomes. Their findings indicated that higher lipid concentrations and TFRs, along with lower FRRs, favored the formation of the cubic phase, which was confirmed through SAXS analysis. The optimized conditions resulted in cubosomes with an average size of approximately 120 nm and a polydispersity index (PDI) of 0.17, demonstrating a well-ordered cubic structure.
The study further explored the encapsulation capabilities of cubosomes, particularly for large biomolecules such as mRNA and proteins. The authors reported high loading efficiencies, with mRNA achieving up to 98% efficiency, and confirmed the structural integrity of the cubosomes post-encapsulation through various imaging techniques. Additionally, cubosomes exhibited excellent stability for sensitive drugs, maintaining their structural integrity over three weeks at room temperature. The kinetics of membrane fusion between cubosomes and exosomes were analyzed using FRET and SAXS, revealing rapid fusion dynamics influenced by electrostatic interactions and particle concentration. Finally, the transport of hybrid exosomes across a 3D blood-brain barrier (BBB) model was evaluated, demonstrating enhanced transport capabilities when cubosomes were fused with exosomes, thus highlighting the potential of cubosomes as effective drug delivery systems.