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J Control Release:微流控制备RNA脂质纳米颗粒的尺寸调控

学术动态    2023-01-05 09:28

DOI: 10.1016/j.jconrel.2022.06.017

 

使用脂质纳米颗粒(Lipid Nanoparticle,LNP)负载mRNA或siRNA是一种近年来发展迅速的核酸递送策略,基于LNP的临床实验在全球范围内广泛开展。新冠疫情爆发以来,LNP更是在疫苗领域大展身手。使用微流控合成法(图1)制备负载RNA的LNP具有速度快,重现性好,易于放大的优势,但这种方法制备的LNP粒径在30~100 nm之间,粒径较小,有利于积累在肝细胞中并避免被吞噬细胞清除。而树突状细胞(DCs)则更倾向于通过大胞饮作用摄取200 nm以上的LNP,微流控合成的LNP很难满足针对DCs的RNA递送需求。

 

负载RNA的LNP通常由4种脂质成分组成,其中通常包括pH敏感的阳离子脂质(CL)、磷脂(PL)、胆固醇和聚乙二醇(PEG)脂质,PL和胆固醇也常被合称为辅助脂质。由于变量复杂,组分多样,LNP的性状受到多种因素的影响,难以定量描述。本文作者系统研究了两相流速比(FRR)、总流速(TFR)、缓冲液pH、脂质浓度、盐浓度等合成参数对LNP性状的影响。研究结果表明,在含有核酸的缓冲液中添加无机盐(如氯化钠)可以帮助形成更大(200 nm)的LNP。

 

图1. LNP的微流控制备方法

 

作者研究了在TFR、FRR、脂质浓度、pH、PEG脂质含量和NaCl含量六个变量的支配下,LNP的性状变化规律(图2):NaCl浓度提高,LNP尺寸明显增大;TFR过低生产效率低,过高则压力超出上限;FRR过高或过低均会导致重现性变差;pH过低会导致组分水解,过高则使RNA包封效率下降;脂质浓度过低导致LNP形成困难;PEG脂质含量过低导致LNP储存稳定性下降,过高则会形成不必要的小尺寸LNP。总的来说,在低FRR、TFR、PEG脂质含量,高脂质浓度和pH值环境下,容易形成更大尺寸的LNP。

 

图2. 六个变量下下LNP性状差异

 

为了探明辅助脂质对于LNP性状的影响,作者使用DOPE、DSPC、DOPC三种结构不同的PL和胆固醇在不同NaCl浓度下表征了LNP的性状(图3),发现辅助脂质的种类对LNP尺寸影响不大,但会显著影响LNP的zeta电位和包封效率。

 

图3. 不同PL所制备LNP的性状差异

 

由图3结果可知,NaCl浓度可以明显影响LNP的性状,于是作者探究了盐离子种类对LNP尺寸的影响(图4)。离子种类对LNP的尺寸影响很大,如K+强烈抑制LNP的融合生长,Br-则显著促进LNP的融合生长。

 

图4. 盐离子种类对LNP尺寸的影响

 

最后,作者通过动物实验探究了NaCl浓度对DCs摄取LNP并发挥抗淋巴癌效果的影响,证明LNP的尺寸可以通过改变制备时NaCl浓度进行调控,并且间接地显著改变LNP的生物效应(图5)。

 

图5. NaCl浓度对LNP治疗淋巴癌效果的影响

 

综上所述,作者在本研究中系统细致地分析了错综复杂的变量对LNP性状的影响,并总结了符合现有理论体系的规律;发现了盐浓度对LNP尺寸的影响,并证明了通过调控盐浓度实现调控LNP尺寸进而影响LNP生物效应的可能性。

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