芝加哥大學普利茲克分子工程學院 (UChicago PME) 的研究人員設計了一種基于聚合物的納米顆粒，只需簡單的溫度變化即可形成 - 無需刺激性化學物質、無需專門設備、也無需處理，這一發現可能擴大下一代生物藥物和疫苗的獲取渠道。

《自然生物醫學工程》雜志描述的新型納米粒子可以在室溫下在水中自組裝，并且由于這些溫和的條件，可以遞送蛋白質，而蛋白質在許多現有的納米粒子配方中是不穩定的。

“這個平臺讓我興奮的是它的簡單性和多功能性。只需將樣品從冰箱溫度加熱到室溫，我們就能可靠地制造出可用于遞送各種生物藥物的納米顆粒，”共同資深作者、芝加哥大學普利茲克分子工程系Barry L. MacLean分子工程創新與企業教授、阿貢國家實驗室的一名研究員Stuart Rowan說道。

從問題到平臺

納米顆粒是保護RNA和蛋白質等精細藥物在到達目標細胞之前免于在體內降解的關鍵。例如，由脂肪分子制成的脂質納米顆粒（LNP）就曾用于制造COVID-19 mRNA疫苗。然而，LNP依賴于醇基溶劑和敏感的制造步驟，這使得它們不太適合蛋白質遞送，而且難以規模化。

“我們希望制造一種可以同時用于 RNA 和蛋白質療法的輸送系統，因為目前大多數平臺只專注于一種療法，”第一作者、芝加哥大學 PME 研究生 Samir Hossainy 說。

“我們還希望使其具有可擴展性，而不需要有毒溶劑或復雜的微流體。”

Hossainy 假設，基于聚合物的納米粒子可以提供一種更穩健、更可定制的替代方案。他概述了所需的特性：免疫系統只會對具有特定尺寸、形狀和電荷的粒子做出反應。然后，他利用化學工具從零開始設計新的納米粒子。

在嘗試并微調了十幾種不同的材料后，他找到了一種有效的材料。在冷水中，這種聚合物——以及任何所需的蛋白質——仍然溶解。但當加熱到室溫時，這種聚合物會自組裝成大小均勻的納米顆粒（或稱“聚合物囊泡”），包裹住蛋白質分子。

“我們的顆粒大小和形態僅由我自下而上設計的聚合物的化學性質決定，”Hossainy解釋道。“我們不必擔心形成不同的顆粒大小，而這對于當今的許多納米顆粒來說是一個挑戰。”

運載多種貨物

為了測試這種新型聚合物囊泡，Hossainy 與 Rowan 實驗室的同事以及前芝加哥大學工程與機械工程教授（PME，現就職于紐約大學）Jeffrey Hubbell 合作。首先，他們證明這些顆粒可以包封超過 75% 的蛋白質和近 100% 的短干擾 RNA (siRNA)——遠高于目前大多數系統——并且可以冷凍干燥，無需冷藏即可保存，直至需要為止。

在疫苗接種方面，Hossainy 和他的合作者發現聚合物囊泡可以有效地攜帶蛋白質，當注射到小鼠體內時，會導致動物的免疫系統產生針對該蛋白質的持久抗體。

另一項實驗表明，納米顆粒還可以攜帶旨在阻止過敏性哮喘免疫反應的蛋白質。第三項實驗表明，將聚合物囊泡注射到腫瘤中可以阻斷癌癥相關基因，并抑制小鼠體內腫瘤的生長。

“令人興奮的是，我們不需要為每種用例定制不同的系統，”Hossainy說。“這套配方適用于我們嘗試的所有方法——蛋白質、RNA、免疫激活、免疫抑制以及直接腫瘤靶向。”

可擴展的全球疫苗解決方案

與現有的LNP相比，新型聚合物囊泡的最大優勢之一是其低技術含量、分散式生產的潛力。Hossainy表示，他設想未來能夠將納米顆粒的凍干制劑運送到世界任何地方。需要使用時，只需將它們與冷水混合，加熱，即可立即交付給患者。

Hossainy 表示：“能夠干燥儲存這些物質可以大大提高 RNA 或蛋白質的穩定性。”

該團隊正在繼續對粒子進行微調，以攜帶更多類型的貨物，包括類似 COVID-19 疫苗中使用的信使 RNA（通常比當前試驗中使用的 siRNA 大得多）。

他們還計劃合作進行臨床前試驗，將聚合物囊泡應用于現實世界的疫苗或藥物輸送挑戰。

更多信息： Samir Hossainy 等人，《熱可逆組裝聚合物囊泡用于高效裝載、加工和遞送蛋白質和 siRNA 生物制劑》，《自然生物醫學工程》 (2025)。DOI ：10.1038/s41551-025-01469-7