journal article·2017-08-22Open access

Next-Generation Lipids in RNA Interference Therapeutics

Stephanie Rietwyk, Dan Peer

ACS Nano· Volume 11· Issue 8

Abstract

RNA is emerging as a potential therapeutic modality for the treatment of incurable diseases. Despite intense research, the advent to clinical utility remains compromised by numerous biological barriers, hence, there is a need for sophisticated delivery vehicles. In this aspect, lipid nanoparticles (LNPs) are the most advanced platform among nonviral vectors for gene delivery. In this review, we critically review the literature and the reasons for ineffective delivery beyond the liver. We discuss the toxicity issues associated with permanently charged cationic lipids and then turn our attention to next-generation ionizable cationic lipids. These lipids exhibit reduced toxicity and immunogenicity and undergo ionization under the acidic environment of the endosome to release the encapsulated payload to their site of action in the cytosol. Finally, we summarize recent achievements in therapeutic nucleic acid delivery and report on the current status of clinical trials using LNP and the obstacles to clinical translation.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: RNA Interference and Gene Delivery · Advanced biosensing and bioanalysis techniques · Lipid Membrane Structure and Behavior

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Laboratory of Precision NanoMedicine, Department of Cell Research & Immunology, George S. Wise Faculty of Life Sciences, ‡Department of Materials Sciences and Engineering, Iby and Aladar Fleischman Faculty of Engineering, §Center for Nanoscience and Nanotechnology, and ∥Cancer Biology Research Center, Tel Aviv University, Tel Aviv 69978, Israel

Funding

Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust · H2020 European Research Council · Kenneth Rainin Foundation · Israeli National Nanotechnology Initiative

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/nature0312110.1038/nature03121 ↗
2. 10.1038/nrd231010.1038/nrd2310 ↗
3. 10.1016/0169-409X(95)00020-810.1016/0169-409X(95)00020-8 ↗
4. 10.1016/0024-3205(91)90480-Y10.1016/0024-3205(91)90480-Y ↗
5. Agrawal S. · Ciba Found. Symp. · 1997 · 209 · 60
6. 10.1186/1758-907X-1-1410.1186/1758-907X-1-14 ↗
7. 10.1016/j.jconrel.2006.04.01410.1016/j.jconrel.2006.04.014 ↗
8. 10.1016/j.biomaterials.2008.04.03610.1016/j.biomaterials.2008.04.036 ↗
9. 10.1039/f2976720152510.1039/f29767201525 ↗
10. 10.1039/b609510k10.1039/b609510k ↗
11. 10.1021/la201464k10.1021/la201464k ↗
12. 10.1016/j.jconrel.2006.06.02410.1016/j.jconrel.2006.06.024 ↗
13. 10.1073/pnas.84.21.741310.1073/pnas.84.21.7413 ↗
14. 10.1038/sj.gt.330147110.1038/sj.gt.3301471 ↗
15. 10.1021/jm000006z10.1021/jm000006z ↗
16. 10.1111/j.1749-6632.1994.tb21701.x10.1111/j.1749-6632.1994.tb21701.x ↗
17. 10.1016/0005-2736(92)90316-E10.1016/0005-2736(92)90316-E ↗
18. 10.1021/bi00152a04510.1021/bi00152a045 ↗
19. 10.1021/bi00041a03310.1021/bi00041a033 ↗
20. 10.1016/j.abb.2004.12.01010.1016/j.abb.2004.12.010 ↗
21. 10.1073/pnas.94.4.116010.1073/pnas.94.4.1160 ↗
22. 10.1002/chem.20030523210.1002/chem.200305232 ↗
23. 10.1016/S0005-2736(98)00002-910.1016/S0005-2736(98)00002-9 ↗
24. Felgner J. H. · J. Biol. Chem. · 1994 · 269 · 255010.1016/S0021-9258(17)41980-6 ↗
25. 10.1021/jm010918g10.1021/jm010918g ↗
26. 10.1016/S0168-3659(99)00158-310.1016/S0168-3659(99)00158-3 ↗
27. 10.1021/mp400467x10.1021/mp400467x ↗
28. 10.1016/j.nano.2012.05.01910.1016/j.nano.2012.05.019 ↗
29. 10.1016/j.bmcl.2005.04.01010.1016/j.bmcl.2005.04.010 ↗
30. 10.1007/s11745-005-1446-510.1007/s11745-005-1446-5 ↗
31. 10.1126/science.768485610.1126/science.7684856 ↗
32. Bennett C. F. · Mol. Pharmacol. · 1992 · 41 · 102310.1016/S0026-895X(25)09229-6 ↗
33. 10.1089/hum.1992.3.3-26710.1089/hum.1992.3.3-267 ↗
34. 10.1016/0006-291X(92)90565-310.1016/0006-291X(92)90565-3 ↗
35. 10.1007/s13346-013-0158-710.1007/s13346-013-0158-7 ↗
36. 10.1016/j.addr.2012.06.01310.1016/j.addr.2012.06.013 ↗
37. 10.1002/(SICI)1521-2254(199903/04)1:2<111::AID-JGM22>3.3.CO;2-P10.1002/(SICI)1521-2254(199903/04)1:2<111::AID-JGM22>3.3.CO;2-P ↗
38. 10.1016/j.biomaterials.2010.05.02710.1016/j.biomaterials.2010.05.027 ↗
39. 10.3109/0898210970903548110.3109/08982109709035481 ↗
40. 10.1023/A:101893271474510.1023/A:1018932714745 ↗
41. 10.1016/j.addr.2004.12.00410.1016/j.addr.2004.12.004 ↗
42. McLean J. W. · Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. · 1997 · 273 · H38710.1152/ajpheart.1997.273.1.H387 ↗
43. 10.3109/1061186950905921410.3109/10611869509059214 ↗
44. 10.1016/S0005-2736(00)00343-610.1016/S0005-2736(00)00343-6 ↗
45. 10.1002/anie.20120326310.1002/anie.201203263 ↗
46. 10.1021/bi971772j10.1021/bi971772j ↗
47. 10.1038/nmat376510.1038/nmat3765 ↗
48. 10.1016/j.jconrel.2005.06.01410.1016/j.jconrel.2005.06.014 ↗
49. 10.1038/nbt.160210.1038/nbt.1602 ↗
50. 10.1073/pnas.130652911010.1073/pnas.1306529110 ↗
51. 10.1038/mt.2013.12410.1038/mt.2013.124 ↗
52. 10.1038/mtna.2016.4010.1038/mtna.2016.40 ↗
53. 10.1073/pnas.161965311410.1073/pnas.1619653114 ↗
54. 10.1016/j.ijpharm.2017.01.01610.1016/j.ijpharm.2017.01.016 ↗
55. 10.1073/pnas.93.21.1149310.1073/pnas.93.21.11493 ↗
56. 10.1074/jbc.270.32.1899710.1074/jbc.270.32.18997 ↗
57. 10.1016/S0005-2736(96)00241-610.1016/S0005-2736(96)00241-6 ↗
58. 10.1016/S0005-2736(00)00226-110.1016/S0005-2736(00)00226-1 ↗
59. 10.1038/sj.gt.330150610.1038/sj.gt.3301506 ↗
60. 10.1038/mt.2011.5610.1038/mt.2011.56 ↗
61. 10.1016/j.ymthe.2004.12.01810.1016/j.ymthe.2004.12.018 ↗
62. 10.1016/S0005-2736(01)00399-610.1016/S0005-2736(01)00399-6 ↗
63. 10.1016/j.jconrel.2012.12.01410.1016/j.jconrel.2012.12.014 ↗
64. 10.1021/bc300346h10.1021/bc300346h ↗
65. 10.1021/jp303267y10.1021/jp303267y ↗
66. 10.1038/nbt112210.1038/nbt1122 ↗
67. 10.1038/nature0468810.1038/nature04688 ↗
68. 10.1038/nbt140210.1038/nbt1402 ↗
69. 10.1073/pnas.091060310610.1073/pnas.0910603106 ↗
70. 10.1371/journal.pone.013315410.1371/journal.pone.0133154 ↗
71. 10.1007/s12195-016-0436-910.1007/s12195-016-0436-9 ↗
72. 10.1038/ncomms527710.1038/ncomms5277 ↗
73. 10.1177/153537021664094410.1177/1535370216640944 ↗
74. 10.1038/nbt.261410.1038/nbt.2614 ↗
75. 10.1038/nbt.261210.1038/nbt.2612 ↗
76. 10.1038/mt.2016.17910.1038/mt.2016.179 ↗
77. 10.1038/nbt.263410.1038/nbt.2634 ↗
78. 10.1038/nbt.198910.1038/nbt.1989 ↗
79. 10.1161/CIRCULATIONAHA.112.00011610.1161/CIRCULATIONAHA.112.000116 ↗
80. 10.1126/scitranslmed.aaf143510.1126/scitranslmed.aaf1435 ↗
81. 10.1016/j.jacc.2013.11.02310.1016/j.jacc.2013.11.023 ↗
82. 10.1038/mtna.2011.310.1038/mtna.2011.3 ↗
83. 10.1038/mtna.2016.6810.1038/mtna.2016.68 ↗
84. 10.1016/j.ajps.2014.08.01110.1016/j.ajps.2014.08.011 ↗
85. 10.1038/nnano.2007.38710.1038/nnano.2007.387 ↗
86. 10.1073/pnas.070746110410.1073/pnas.0707461104 ↗
87. 10.1021/mp800049w10.1021/mp800049w ↗
88. 10.1016/j.jconrel.2013.09.01310.1016/j.jconrel.2013.09.013 ↗
89. 10.1158/0008-5472.CAN-05-419910.1158/0008-5472.CAN-05-4199 ↗
90. 10.1021/acs.nanolett.5b0136210.1021/acs.nanolett.5b01362 ↗
91. Renneisen K. · J. Biol. Chem. · 1990 · 265 · 1633710.1016/S0021-9258(17)46228-4 ↗
92. 10.1038/mt.2009.27110.1038/mt.2009.271 ↗
93. 10.1021/acsnano.5b0279610.1021/acsnano.5b02796 ↗
94. 10.1073/pnas.151927311310.1073/pnas.1519273113 ↗
95. 10.1021/nn506248s10.1021/nn506248s ↗
96. 10.1126/science.114985910.1126/science.1149859 ↗
97. 10.1038/mt.2010.8510.1038/mt.2010.85 ↗
98. 10.1016/j.ejpb.2008.06.02610.1016/j.ejpb.2008.06.026 ↗
99. Gottschalk S. · Gene Ther. · 1994 · 1 · 185
100. 10.1517/17425247.2012.64236310.1517/17425247.2012.642363 ↗