化学定义的载体，如阳离子聚合物，是工程病毒的通用替代品，可用于递送基因组编辑有效载荷。但是，其临床转化依赖于对广阔的化学设计空间的快速探索，并推导出控制交付性能的结构-功能关系。在此，美国明尼苏达大学Theresa M. Reineke等人通过组合聚合物设计和并行实验工作流程，发现了一种可高效递送细胞内核糖核蛋白（RNP）的聚合物。

本文要点：

1）通过组合RAFT聚合，合成了43种统计共聚物的化学多样性库，从而实现了理化性质的系统变化。选择了pKa值（8.1-9.2）、立体体积和烷基取代基亲脂性不同的阳离子单体。还引入了具有不同亲水性的共聚单体，从而阐明了质子平衡和疏水-亲水平衡在载体性质和性能中的作用。

2）通过图像细胞术筛选了多参数载体文库，并迅速发现了一种命中的聚合物（P38），其性能优于最新的商业转染试剂，可通过非同源末端连接获得近60％的编辑效率。

3）通过机器学习方法探究了编辑效率、细胞毒性和RNP吸收之间的结构-功能相关性，以揭示P38性能的理化基础。虽然细胞毒性和RNP摄取分别由多聚体的大小分布和质子化程度决定，但这两个多聚体设计参数对于提高编辑效率没有意义。相反，聚合物疏水性和希尔系数（描述协同作用增强的聚合物去质子化的参数）被确定为编辑效率的关键决定因素。

4）组合合成和高通量表征方法与数据科学方法相结合，能够迅速发现聚合物载体，而这种聚合载体无法凭化学直觉获得。文中统计学推导的设计规则将指导合成和优化未来的聚合物文库，而这些文库将针对基于RNP的基因组编辑治疗应用而定制。

Ramya Kumar, et al. Efficient Polymer-Mediated Delivery of Gene-Editing Ribonucleoprotein Payloads through Combinatorial Design, Parallelized Experimentation, and Machine Learning. ACS Nano, 2020.

DOI: 10.1021/acsnano.0c08549

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c08549