PINPOINT enables non-destructive nanoscopic quality control of individual lipid nanoparticles and their mRNA cargo

现代医学已进入一个新时代，人体自身的指令——一种被称为信使核糖核酸（mRNA）的分子——可以被用来教导细胞如何对抗疾病或替代缺失的蛋白质。为了将这些脆弱的指令安全地送入人体，科学家们用被称为脂质纳米颗粒的微小脂肪泡将它们包裹起来。这些小泡充当了保护性载体，屏蔽了细胞外恶劣环境对遗传物质的影响，并将其引导至正确的目的地。疫苗和其他新型疗法的成功完全取决于这些载体是否构建正确：它们必须具有合适的尺寸，承载适量的药物，并保持药物的完整性。然而，检查这数十亿个微小气泡的质量，就像是通过称量整堆东西的重量来判断其中一个密封盒子的内容一样；标准测试测量的是整个批次的平均值，却掩盖了事实：有些气泡可能是空的，有些可能破损了，而另一些则可能携带过多或过少的药物。

密歇根大学的一个研究小组开发出一种无需打破气泡即可观察其内部的新方法。他们将这种技术称为 PINPOINT，它允许科学家逐一检查单个纳米颗粒，观察其形状并精确检查其内部成分。这项技术并非通过粉碎样本来获取平均读数，而是使用一种特殊的显微镜来观察放置在玻璃片上的单个颗粒。研究人员首先使用一种在接触脂肪时会发光的染料拍摄气泡外壳的照片，从而揭示颗粒的大小以及它是完美的圆形还是形状畸变。然后，他们使用一种非常温和的类肥皂物质，轻轻地在气泡壁上戳出一个微小的、临时的孔洞。这个孔洞刚好足够让探测器进入内部并接触到遗传物质，但又足够小，使得气泡保持完整而不至于解体。

一旦探测器能够进入内部，它就会像一把只匹配特定锁的特定钥匙一样发挥作用。研究人员使用了专门设计用于仅与他们正在寻找的特定遗传信息结合的短链 DNA。由于气泡内的遗传指令通常折叠得很紧，团队还加入了辅助 DNA 链来平展褶皱，使信息更容易被找到。当探测器找到匹配项时，它会发出光亮然后松开，并多次重复这一过程。通过观察探测器结合的频率以及停留的时间，研究人员可以确认载荷的身份，甚至能判断该信息是完整的还是破碎的。这种方法揭示了，即使在表面看起来均匀一致的批次中，也存在着令人惊讶的多样性：有些颗粒是空的，有些携带了多份拷贝，而有些的形状在冻融后发生了改变。

研究表明，这种新方法可以检测到传统测试无法发现的差异。例如，当研究人员通过冻融过程对纳米颗粒施加压力时，标准测试仅观察到平均尺寸发生了轻微变化。但新方法显示，有相当数量的颗粒已经变得变形，不再是完美的圆形，而这一细节可能会影响它们在体内的作用效果。此外，它还允许团队统计每个气泡内含有多少份遗传信息，发现每颗气泡中的数量各不相同。在一项实验中，他们发现只有大约百分之六十的气泡实际上包含了它们应该携带的遗传信息，而其余的则是空的。这种细致程度为真实情况提供了更清晰的图景。

通过将对颗粒形状的观察与对其内容的检查相结合，这项技术为确保这些救命疗法的质量提供了一个强大的新工具。它不需要破坏样本，也不需要使用复杂的化学反应来放大信号，这意味着结果反映了颗粒最真实的原始状态。虽然目前该方法的速度尚不足以检查工厂流水线上的每一剂药物，但它提供了一张详细的地图，展示了当一批产品出现缺陷时究竟出了什么问题。这种洞察力帮助科学家理解为什么某些批次的效果优于其他批次，并指导未来更佳递送系统的设计。观察数十亿个个体中每一个微小差异的能力，将一个隐藏的问题转化为了一个可衡量的事实，为实现更一致、更有效的治疗提供了路径。