Lipid nanoparticles hold great potential as an effective non-viral vector for nucleic acid-based gene therapy. Plasmid DNA delivery can result in extended transgene expression compared to mRNA-based technologies, yet there is a lack of systematic investigation into lipid nanoparticle compositions for plasmid DNA delivery. Here, we report a multi-step screening platform to identify optimized plasmid DNA lipid nanoparticles for liver-targeted transgene expression. To achieve this, we analyze the role of different helper lipids and component ratios in plasmid DNA lipid nanoparticle-mediated gene delivery in vitro and in vivo. Compared to mRNA LNPs and in vivo-jetPEI/DNA nanoparticles, the identified plasmid DNA lipid nanoparticles successfully deliver transgenes and mediate prolonged expression in the liver following intravenous administration in mice. By addressing different physiological barriers in a stepwise manner, this screening platform can efficiently down select effective lipid nanoparticle candidates from a lipid nanoparticle library of over 1000 formulations. In addition, we substantially extend the duration of plasmid DNA nanoparticle-mediated transgene expression using a DNA/siRNA co-delivery approach that targets transcription factors regulating inflammatory response pathways. This lipid nanoparticle-based co-delivery strategy further highlights the unique advantages of an extended transgene expression profile using plasmid DNA delivery and offers new opportunities for DNA-based gene medicine applications.

脂质纳米颗粒作为核酸基因治疗的有效非病毒载体具有巨大的潜力。与基于 mRNA 的技术相比，质粒 DNA 递送可导致转基因表达延长，但缺乏对用于质粒 DNA 递送的脂质纳米颗粒组成的系统研究。在这里，我们报告了一个多步骤筛选平台，以识别优化的质粒 DNA 脂质纳米颗粒，用于肝脏靶向转基因表达。为了实现这一目标，我们分析了不同辅助脂质和组分比例在质粒 DNA 脂质纳米颗粒介导的体外和体内基因传递中的作用。与 mRNA LNP 和体内-jetPEI/DNA 纳米颗粒相比，鉴定出的质粒 DNA 脂质纳米粒成功地传递转基因并在小鼠静脉内给药后介导肝脏中的延长表达。通过逐步解决不同的生理障碍，该筛选平台可以有效地从超过 1000 种配方的脂质纳米颗粒库中选择有效的脂质纳米颗粒候选物。此外，我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。通过逐步解决不同的生理障碍，该筛选平台可以有效地从超过 1000 种配方的脂质纳米颗粒库中选择有效的脂质纳米颗粒候选物。此外，我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。通过逐步解决不同的生理障碍，该筛选平台可以有效地从超过 1000 种配方的脂质纳米颗粒库中选择有效的脂质纳米颗粒候选物。此外，我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。该筛选平台可以有效地从包含 1000 多种配方的脂质纳米颗粒库中筛选出有效的脂质纳米颗粒候选物。此外，我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。该筛选平台可以有效地从包含 1000 多种配方的脂质纳米颗粒库中筛选出有效的脂质纳米颗粒候选物。此外，我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。我们使用靶向调节炎症反应途径的转录因子的 DNA/siRNA 共递送方法显着延长了质粒 DNA 纳米颗粒介导的转基因表达的持续时间。这种基于脂质纳米颗粒的共递送策略进一步突出了使用质粒 DNA 递送扩展转基因表达谱的独特优势，并为基于 DNA 的基因医学应用提供了新的机会。