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Salt-loaded Lipid Nanoparticles：用「滲透壓」突破 mRNA delivery 最大瓶頸？

盐负载脂质纳米颗粒图，背景为蓝色细胞结构，图中有离子符号和mRNA链。图上文字强调透压突破和工作室标识。

Executive Summary


2026 年，University of Massachusetts Lowell 與 University of Houston 的研究團隊，在 Small 發表了一篇很有意思的 paper：

Osmotic Pressure–Driven Lipid Nanoparticles Enable Potent Cytosolic Delivery of Nucleic Acids


作者包括：

  • Cao Thuy Giang Nguyen

  • Hoang Quan Truong

  • Yanghao Li

  • Urmila Kafle

  • Fanfei Meng

這篇研究提出一個非常直覺、但又很有啟發性的概念：

如果把 NaCl 包進 lipid nanoparticles（LNPs）裡，能不能利用滲透壓（osmotic pressure）幫助 mRNA escape endosome？


作者將這種平台稱為：

Salt-loaded Lipid Nanoparticles（SLNPs）


這篇文章會從淺入深解析：

  • 為什麼 endosomal escape 是 RNA therapeutics 最大瓶頸

  • Osmotic pump 與 osmotic pressure 的基本概念

  • SLNP 如何利用滲透壓提升 intracellular delivery

  • 這篇 paper 的關鍵數據與機制

  • 為什麼這可能是下一代 RNA delivery platform 的重要方向



mRNA delivery 最大的問題，其實不是進不了細胞


传统脂质纳米颗粒LNP和盐负载脂质纳米颗粒SLNP比较。左图展示内体吞噬和mRNA降解，右图为渗透压膨胀和mRNA释放。背景为蓝色细胞结构。

這幾年，mRNA therapeutics 的發展非常快。

從 COVID-19 mRNA vaccine，到：

  • cancer vaccine

  • protein replacement therapy

  • CRISPR delivery

  • in vivo CAR-T

  • cell engineering


幾乎都建立在同一個核心問題：

如何把 nucleic acid 有效率送進細胞。

目前最成功的方法之一，就是 lipid nanoparticles（LNPs）。


LNP 的出現，解決了很多早期 RNA therapeutics 的問題：

  • 保護 RNA 不被降解

  • 增加 circulation stability

  • 提高 cellular uptake

  • 降低裸 RNA 的不穩定性

但真正困難的地方，其實不是 cellular uptake。


而是： 進入細胞後，能不能逃離 endosome。


當 LNP 被細胞吞入後，大多會進入：

  • early endosome

  • late endosome

  • lysosome pathway


如果 mRNA 無法在這之前 escape，就很可能被分解掉。


這也是為什麼：

即使很多 particles 成功進入細胞，真正能被翻譯成 protein 的 mRNA，其實只佔很小比例。

這個問題，就叫做： Endosomal Escape Bottleneck



為什麼「滲透壓」其實早就是 drug delivery 的概念？


宏观图展示渗透泵药物递送，显示药物通过半透膜进入，药物流出。右图为奈米级SLNP渗透释药过程，标示内含物和渗透压破裂。


在進入這篇 SLNP paper 之前，我們要先理解一個很重要的概念：


Osmotic Pump


其實，「利用滲透壓做藥物傳輸」並不是新概念。

在 drug delivery 領域裡，osmotic pump 已經存在非常久，而且是很成熟的 controlled-release strategy。

它的原理其實很簡單。

如果一個系統內外存在離子濃度差，水就會透過 semipermeable membrane 進入高滲透壓的一側。

這個水流進入後，就會產生壓力。


而這個壓力，可以被拿來：

  • 推動藥物釋放

  • 控制 release rate

  • 維持長時間穩定 delivery

最典型的例子，就是 oral osmotic tablets。


這種系統的好處是： drug release 可以接近 zero-order kinetics


也就是：

不是一下全部釋放，而是相對穩定、可控制地輸出。


所以從本質上來說：

Osmotic pressure 本來就是 drug delivery 裡很重要的 physical driving force。



SLNP 真正有趣的地方：它把 osmotic pump 縮小到細胞內



這篇 paper 最有趣的地方在於：

它不是把 osmotic pump 用在人體尺度。

而是把這個概念： 縮小到 endosome 這個亞細胞空間。


傳統 osmotic pump 的目標是：

控制藥物從 device 中釋放。

但 SLNP 的目標不同。

它不是想讓 mRNA 慢慢從 particle 中釋放。


而是想： 利用 osmotic pressure 幫 mRNA 逃離 endosome。


這是一個很大的 conceptual shift。


因為過去很多 endosomal escape strategy，主要都集中在：

  • ionizable lipid design

  • proton sponge effect

  • membrane fusion

  • pH-responsive materials

  • polymer destabilization


但這篇 paper 問的是另一個問題：


如果我們直接改變 endosome 內部的 osmotic environment 呢？



Salt-loaded Lipid Nanoparticles（SLNP）是什麼？


作者的方法其實非常直覺。


在製備 LNP 時，除了：

  • ionizable lipid

  • DSPC

  • cholesterol

  • PEG-lipid

  • mRNA

之外，


作者額外在 aqueous phase 中加入：


NaCl


讓 nanoparticle 內部帶有較高的 salt content。

作者把這種平台稱為： Salt-loaded Lipid Nanoparticles（SLNPs）


根據 paper，作者使用的 formulation 非常接近現有 clinically validated mRNA-LNP systems。


例如：


Moderna-like formulation

  • SM-102

  • DSPC

  • cholesterol

  • DMG-PEG2000


Pfizer/BioNTech-like formulation

  • ALC-0315

  • DSPC

  • cholesterol

  • ALC-0159



SLNP 如何運作？



作者提出的核心機制是：

當 SLNP 被 endocytosis 後，內部的 NaCl 在 endosomal compartment 形成 ionic imbalance。

為了平衡離子濃度，水會進入 endosome。


結果就是：

  • endosomal swelling

  • membrane destabilization

  • cargo release increase


最後提升：


Cytosolic delivery


這與傳統 proton sponge concept 有點像，但也有本質差異。

SLNP 更像是： 主動把 osmotic agent 帶進 endosome。



500 mM NaCl 為什麼是最佳條件？


图显示盐负载脂质纳米颗粒(SLNP)在不同NaCl浓度下的效率趋势。左侧为图表，右侧为分子结构解析，背景为蓝色。

作者測試了不同 NaCl loading：

  • 125 mM

  • 250 mM

  • 500 mM

  • 750 mM

  • 1000 mM


結果顯示： 500 mM NaCl 表現最佳


這代表：

不是 salt 越多越好。


NaCl 太高時，可能會：

  • destabilize LNP structure

  • 降低 mRNA encapsulation efficiency

  • 影響 particle assembly

這是一個很典型的： delivery efficacy 與 particle stability balance。



真正關鍵：提升的不是 uptake，而是 endosomal escape


這篇 paper 比較有說服力的地方，是作者做了很多 mechanism study。

包括：


1. Endosomal Na+ concentration increase


作者利用 ICP-MS 測量 whole-cell 與 endosomal Na+ concentration，發現 SLNP-treated cells 的 Na+ level 明顯增加。


2. Calcein assay


SLNP-treated cells 的 calcein fluorescence 明顯更高，代表： endosomal escape 增強。


3. Confocal microscopy


SLNP 與 endosome marker 的 colocalization 降低。

這表示：

更多 cargo 已離開 endosomal compartment。


4. Free NaCl control


作者把 free NaCl 與傳統 LNP 一起加入細胞。

結果沒有 enhancement。


這代表： NaCl 必須被 encapsulated 進 LNP 才有效。



In Vivo Data 更值得注意


透明老鼠图示mRNA递送过程，显示肝脏与脾脏信号，背景为暗色，标记有文字说明“静脉注射→全身循环→mRNA表现”。


很多 delivery paper 的問題是：

in vitro 很漂亮，但 in vivo 沒效果。


但這篇 paper 至少看到： in vivo enhancement。


作者使用：

  • intramuscular injection

  • intravenous injection

都觀察到更高的 bioluminescence signal。


而且： biodistribution 並沒有大幅改變。


主要仍然在：

  • liver

  • spleen


這代表：

SLNP 的 improvement，很可能是 intracellular delivery efficiency 提升。


Vaccination Data 與 Immune Response


作者使用： OVA mRNA vaccine model


結果看到：

  • 更高 OVA-specific IgG

  • 更高 IFN-γ secretion


這代表：

更好的 intracellular delivery，最後真的能轉換成：

更強的 adaptive immune response。



安全性看起來不錯，但仍需更多驗證


目前結果顯示：

  • cytotoxicity 不高

  • inflammatory cytokine 沒明顯增加

  • ALT / AST / BUN 無顯著異常


但這裡仍然有一個很重要的問題：

Endosomal escape 本質上仍是 membrane destabilization。


真正困難的是：

如何 destabilize endosome，但不要傷害其他 membrane system？

這會是未來 translational development 的重要課題。



我認為這篇 paper 最重要的意義


未来RNA传递平台图，包括细胞和DNA的互动，背景为蓝色科技风，注释有基因编辑载体、AI平台等技术要素。


這篇 paper 最重要的地方，其實不只是「加鹽」。

而是它提醒我們：

下一代 LNP 的突破，可能不只來自 lipid chemistry。


也可能來自：

Particle microenvironment engineering。


過去大家一直在：

  • 設計新 ionizable lipid

  • 改 lipid tail

  • 改 helper lipid

  • 改 cholesterol analog


但 SLNP 提供另一種思維：

如果改變 particle 內部物理環境呢？



LuTra Studio：從 RNA delivery 到 Biotech Strategy


RNA therapeutics 與 LNP platform 正快速進入下一個世代。

但真正困難的問題，往往不只是：

「實驗能不能成功」。

而是：

  • 如何把 concept 轉化成 platform？

  • 如何兼顧 efficacy 與 manufacturability？

  • 如何整合 biology、delivery、CMC 與 translational strategy？

  • 如何從 academic innovation 走向產業化？

這也是 LuTra Studio 持續關注的方向。



結論：也許未來的 LNP，不只是「脂質」的問題


Salt-loaded Lipid Nanoparticles（SLNPs）提出一個很簡單，但很有啟發性的概念：

利用 osmotic pressure 幫助 endosomal escape。


這篇 paper 真正重要的，可能不是 NaCl 本身。

而是它提醒我們：

intracellular delivery 的突破，不一定只來自 chemistry。


也可能來自：

  • physical force

  • osmotic environment

  • intracellular mechanics

當 mRNA therapeutics、gene editing、in vivo cell engineering 持續發展時，

endosomal escape 仍然會是核心瓶頸之一。

而 SLNP，提供了一個很值得持續追蹤的新方向。



References


  1. Nguyen CTG et al. Osmotic Pressure–Driven Lipid Nanoparticles Enable Potent Cytosolic Delivery of Nucleic Acids. Small. 2026.

  2. Gilleron J et al. Image-based Analysis of Lipid Nanoparticle–mediated siRNA Delivery, Intracellular Trafficking and Endosomal Escape. Nature Biotechnology. 2013.

  3. Wittrup A et al. Visualizing Lipid-formulated siRNA Release from Endosomes and Target Gene Knockdown. Nature Biotechnology. 2015.

  4. Chatterjee S et al. Endosomal Escape: A Bottleneck for LNP-mediated Therapeutics. PNAS. 2024.

  5. Sahay G et al. Efficiency of siRNA Delivery by Lipid Nanoparticles Is Limited by Endocytic Recycling. Nature Biotechnology. 2013.

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