双链RNA脂质纳米粒配方的微流体工艺—性能相关性

用于更安全作物保护的新工具

全球农民都在努力保护作物免受害虫侵害，同时不伤害蜜蜂、蝴蝶和其他有益生物。本研究探索了一种新方法：利用一种天然的基因沉默信号，将其包裹在微小的脂质颗粒中，使其在田间存活足够长的时间发挥作用。目标是开发一种只针对有害昆虫的喷雾，减少对广谱毒剂的依赖，并能以工业规模低成本生产。

为什么“基因低语”能取代化学重击

许多现代杀虫剂会杀死广泛的物种，并可能在土壤、水体和食物链中残留。相比之下，RNA干扰（RNAi）更像一种基因低语：双链RNA（dsRNA）分子被设计成与害虫体内的某个关键基因互补。当摄入后，它们会触发该基因信使RNA的降解，最终导致害虫死亡，同时对大多数其他物种影响甚微。然而，这些dsRNA链非常脆弱。阳光、叶面上的酶以及昆虫肠道内的恶劣环境都能在数小时内将其破坏。要把RNAi做成实用的田间喷雾，必须在dsRNA被摄入并在昆虫细胞内释放之前保护它足够长的时间。

由廉价成分制成的微小保护壳

制药公司已经用脂质纳米粒保护医用RNA——这些是由脂类分子组成的纳米级球体。但疫苗中使用的特种脂质成本对大面积田地来说远远过高。研究者因此构建了一个“工具箱”，选用三种已达到吨级产量的技术级脂质：一种带正电的脂胺用于吸附带负电的dsRNA、一种含聚乙二醇（PEG）的稳定剂用于保持颗粒分散，以及一种类似食品乳化剂的卵磷脂混合物。通过在狭窄微流体通道中受控混合，他们调整加入的脂质量和混合速度，然后用光散射方法和电子显微镜测量颗粒的尺寸、表面电荷和均一性。更快的混合和更多的脂质通常产生更小、更球形的颗粒——大多小于100纳米——而脂质过少则导致团聚和形态不规则。

在恶劣条件下保持遗传信息完整

为测试这些颗粒是否真正保护其货物，团队将裸露的dsRNA和包裹在脂质纳米粒中的dsRNA暴露于降解酶（RNase III）以及各种酸碱环境。在凝胶上，未保护的dsRNA在遇到酶或极低和极高pH情况下24小时后基本消失。相比之下，所有纳米粒配方在酶攻击下至少保持了24小时的dsRNA完整性，并且可通过加入能破坏颗粒的去污剂来回收遗传链。配方还大大改善了dsRNA在酸性条件下的存活，这类似于某些重要甲虫害虫肠道的酸性环境。在极碱性条件下，颗粒失去其稳定电荷并沉淀，因此保护有限，但这些极端情况对典型田间使用和昆虫消化来说相关性较低。

从实验室小流量到农场规模产量

仅有保护性能还不够；任何实用方案都必须能以低成本大批量制造。因此研究者将他们的微流体工艺调整为更高流速运行，在一次运行中生产数百毫升配方——这是迈向中试规模批次的重要一步。他们通过系统改变三种脂质的比例同时保持总体脂质与dsRNA比率不变，绘制了配方变化如何影响颗粒尺寸和表面电荷的图谱。随后他们使用量热法研究去污剂从颗粒中释放dsRNA的难易程度。能量测量表明释放是适中的，主要由脂-水体系的无序化驱动，这表明dsRNA既能被牢固保护，又能在适当条件下被释放。

走向更智能、更有针对性的害虫防控

简而言之，这项工作表明可以利用廉价、可扩展的成分和高通量混合方法构建小而表现良好的保护壳来包裹基因沉默信号。这些颗粒在到达害虫之前，能将dsRNA信息从酶和强酸性环境中保护足够长的时间，同时在触发时允许其释放。尽管仍需进一步改进以减少颗粒团聚并在真实作物和害虫上测试性能，但该研究为可用于田间的RNA喷雾奠定了必要的基础，有望在未来以更精确且环境友好的工具替代许多广谱杀虫剂。

引用: Geisler, P., Knorr, E., Steiniger, F. et al. Microfluidic process-property correlations of dsRNA lipid nanoparticle formulations. Sci Rep 16, 9653 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44095-2

关键词: RNAi（RNA干扰）, 脂质纳米粒, 生物农药, 微流体, 可持续农业