PEG-free LNP：pDLS 如何改善 mRNA Delivery 的免疫原性與穩定性？

前言：mRNA 的下一個瓶頸，可能不是 RNA，而是 LNP

自從 COVID-19 疫苗成功上市之後，mRNA 技術迅速從傳染病領域擴展到癌症治療、基因編輯、蛋白質替代療法以及再生醫學。

許多人認為未來十年將是 RNA therapeutics 的黃金時代。

但如果你曾經參與過 mRNA 藥物開發，很快就會發現一件事：

真正困難的往往不是 RNA 本身，而是如何把 RNA 安全且有效地送進細胞。

mRNA 是一種大型且帶負電的核酸分子，容易受到體內核酸酶降解，也難以直接穿過細胞膜。因此，Lipid Nanoparticles（LNPs）成為目前最成功的 RNA delivery 平台。

然而，即使是目前最成熟的 LNP 技術，也開始面臨新的挑戰。

近年來越來越多研究發現，現有 PEGylated LNP 可能誘發 anti-PEG antibody 的產生，進而影響重複給藥（repeat dosing）的安全性與有效性。

這也是近期發表於 Nature Communications 的研究《Polypeptide-engineered lipid nanoparticles for mRNA delivery with limited immunogenicity》試圖解決的問題。

作者提出了一種新的 PEG-free LNP 設計，利用 poly(D,L-serine)（pDLS）取代傳統 PEG-lipid，希望同時保留 LNP 的穩定性與 delivery 效率，又能降低免疫原性。

為什麼 PEG-free LNP 會成為 mRNA Delivery 的重要方向？

目前主流 LNP 通常由四個組成部分構成：

• Ionizable lipid

• Cholesterol

• Helper lipid（DSPC）

• PEG-lipid

其中 PEG-lipid 的功能包括：

• 控制粒徑

• 提高顆粒穩定性

• 降低聚集

• 減少血液蛋白吸附

• 延長循環時間

Pfizer/BioNTech 的 BNT162b2 與 Moderna 的 mRNA-1273 都採用了 PEG-lipid。

多年來 PEG 一直被視為不可或缺的組件。

但隨著 RNA therapeutics 開始朝向長期治療發展，PEG 的缺點也逐漸浮現。

Anti-PEG Antibody：產業開始重視的新問題

PEG 並非只存在於藥物中。

它廣泛存在於：

• 化妝品

• 保養品

• 食品添加物

• 日常藥品

因此許多人其實早已暴露於 PEG 環境之中。

研究指出，98–99% 未接種疫苗的人體內都可檢測到 anti-PEG antibodies，其中約有 3–4% 的人具有較高濃度。

這可能導致兩個重要問題：

Accelerated Blood Clearance（ABC）

當第二次給藥時，LNP 可能被更快速清除。

Hypersensitivity Reaction

部分患者可能產生：

• 過敏反應

• 補體活化

• 嚴重 hypersensitivity

雖然目前臨床風險仍在研究中，但對於未來需要長期給藥的 RNA therapeutics 而言，這顯然是一個不能忽視的問題。

這篇研究的核心概念：用 Polyserine 取代 PEG

作者設計了一系列新的 amphiphilic poly(D,L-serine) lipids。

pDLS 具有幾個重要特性：

• 親水性（hydrophilic）

• 非離子性（nonionic）

• 可生物降解（biodegradable）

• 胺基酸來源材料

與 PEG 不同的是，pDLS 本質上屬於 polypeptide。

理論上更容易被生物系統代謝與清除。

研究團隊透過 ring-opening polymerization 合成不同長度與脂肪鏈結構的 pDLS lipids，並與：

• ALC-0315

• DSPC

• Cholesterol

• mRNA

共同組裝成新的 PEG-free LNP。

實驗一：PEG-free LNP 是否能維持良好的物理特性？

一個新的 LNP 系統首先必須證明自己能夠形成穩定顆粒。

研究結果顯示：

• Particle size：約 87–100 nm

• PDI：<0.14

• Zeta potential：接近中性

• Encapsulation efficiency：約 75–90%

整體表現與目前臨床使用的 PEG-LNP 相當。

換句話說，PEG 並非唯一能夠提供穩定性的材料。

實驗二：PEG-free LNP 的 mRNA Delivery 效率是否提升？

接下來作者比較不同配方的轉染效率。

測試細胞包括：

• DC2.4 dendritic cells

• HEK293T cells

結果相當有趣。

最佳化的 pDLS-LNP：

• 在 DC2.4 中超過 ALC-LNP 約 10 倍

• 在 HEK293T 中超過 ALC-LNP 約 6.5 倍

這代表 pDLS 不只是 PEG 的替代品。

在某些條件下甚至可能提升 delivery 效率。

為什麼 pDLS-LNP 表現更好？

作者進一步分析其機制。

主要來自兩個因素。

細胞攝取增加

Flow cytometry 顯示：

pDLS-LNP 的 cellular uptake 約增加 4.6 倍。

作者推測，polypeptide 表面可能比 PEG 更容易與細胞互動，因此提高了 dendritic cell 的吞噬能力。

Endosomal Escape 增強

作者利用：

• Hemolysis assay

• Confocal microscopy

• Colocalization analysis

研究 endosomal escape。

結果顯示：

pDLS-LNP 在酸性條件下具有較強的膜破壞能力，因此更多 mRNA 能夠離開 endosome 並進入細胞質完成蛋白表現。

這很可能是其轉染效率提升的重要原因。

實驗三：動物體內 Delivery 表現如何？

研究團隊利用 luciferase mRNA 評估體內表現。

在皮下注射（subcutaneous injection）後：

pDLS-LNP 與 ALC-LNP 均能有效表現 luciferase。

進一步分析 biodistribution 發現：

主要分布於：

• Liver

• Spleen

• Lymph Nodes

與現有 LNP 相似。

但值得注意的是，部分低 DP 的 pDLS-LNP 顯示較低的肝臟累積量。

未來可能有機會降低肝毒性風險。

實驗四：作為 SARS-CoV-2 mRNA Vaccine 的表現

研究團隊進一步將 pDLS-LNP 用於 SARS-CoV-2 spike mRNA 疫苗。

採用 Prime-Boost 設計。

評估：

• Humoral immunity

• Cellular immunity

• Memory B cells

結果顯示：

強烈的抗體反應

產生高濃度 anti-spike IgG。

並維持超過 11 週。

良好的中和能力

Neutralizing antibody 活性與 ALC-LNP 相當。

更強的 T Cell Response

pDLS2-LNP 顯著提高 IFN-γ secretion。

更多 Memory B Cells

部分配方產生的 RBD-specific memory B cells 比 ALC-LNP 增加 2–3 倍。

最重要的結果：幾乎沒有 Anti-pDLS Antibody

這可能是整篇研究最關鍵的發現。

PEG-LNP 組別在重複給藥後產生明顯 anti-PEG IgM。

但 pDLS-LNP 幾乎沒有誘導 anti-pDLS IgM。

這代表：

未來若應用於：

• 癌症疫苗

• Protein replacement therapy

• Gene editing

• In vivo CAR-T

等需要多次給藥的療法，可能具有明顯優勢。

長期儲存穩定性也是亮點

除了 delivery 與免疫原性之外。

作者也評估了儲存穩定性。

在 -80°C 保存六個月後：

• 粒徑無顯著改變

• Encapsulation efficiency 維持

• Zeta potential 維持

• In vivo expression 維持

這顯示 pDLS-LNP 並非僅存在於學術概念，而具有進一步開發潛力。

我的觀察：這篇研究真正重要的地方

如果只看表面，這似乎只是另一個新的 LNP 配方。

但我認為更重要的是背後反映的產業趨勢。

過去十年大家在解決的是：

「如何把 RNA 送進細胞？」

而未來十年要解決的問題可能是：

• 如何安全重複給藥？

• 如何降低免疫原性？

• 如何避免 anti-PEG antibody？

• 如何支持慢性疾病治療？

換句話說，RNA delivery 的競爭已經從「能不能送進去」逐漸轉向「能不能長期使用」。

而這正是 PEG-free LNP 受到高度關注的原因。

從 PEG-free LNP 到下一代 RNA 藥物：產業化仍有許多挑戰

雖然這篇研究結果相當令人振奮，但距離真正臨床應用仍有不少工作要完成。

包括：

• Repeat dosing studies

• Non-human primate validation

• GMP manufacturing

• Scale-up production

• Regulatory strategy

• CMC development

• Intellectual property planning

對許多 RNA therapeutics 公司而言，delivery platform 的開發早已不只是科學問題，而是科學、法規、製造與商業策略的整合工程。

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結語：PEG-free LNP 可能是下一代 RNA Therapeutics 的重要方向

PEG 幫助 LNP 成為過去十年最成功的 nucleic acid delivery platform。

但隨著 RNA therapeutics 開始走向慢性疾病、癌症與基因編輯領域，PEG 的限制也逐漸浮現。

這篇 Nature Communications 研究提出的 pDLS-LNP，展示了一種兼具：

• 良好 delivery 效率

• 低免疫原性

• 長期穩定性

的 PEG 替代方案。

它距離真正臨床應用還有許多關卡需要克服。

但從目前結果來看，PEG-free LNP 很可能是下一代 RNA therapeutics 發展過程中值得持續關注的重要方向。

References

Zeng JY, Chen Y, Wang X, et al. Polypeptide-engineered lipid nanoparticles for mRNA delivery with limited immunogenicity. Nature Communications. 2026.