脂質(zhì)納米顆粒制劑中的mRNA-free LNPs(空殼LNPs)的結(jié)構(gòu)特征及其影響

脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）已經(jīng)成為mRNA傳遞的通用平臺(tái)，在一系列應(yīng)用中得到應(yīng)用，包括疾病預(yù)防、癌癥免疫治療和基因編輯。典型的LNPs配方由可電離的陽(yáng)離子脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、膽固醇和聚乙二醇(PEG)四種脂質(zhì)組成，這些成分在穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)、包封效率以及體內(nèi)外相互作用中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。負(fù)載了核酸的LNPs的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)會(huì)隨著脂質(zhì)成分的不同而產(chǎn)生變化，從而影響終產(chǎn)品的穩(wěn)定性和治療效果。

近日，上海交通大學(xué)陳曉霞、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)劉卓等在《Journal of Controlled Release》上發(fā)表題為“Structural characterization of mRNA lipid nanoparticles (LNPs) in the presence of mRNA-free LNPs”的研究論文。

該研究針對(duì)一個(gè)長(zhǎng)期被忽視卻具有重要意義的問題：mRNA-LNP制劑中存在大量mRNA-free LNPs（即未載mRNA的空殼顆粒）提出了解決方案，并建立了更為精確的mRNA-LNP結(jié)構(gòu)模型。

mRNA-LNPs內(nèi)的脂質(zhì)分布至關(guān)重要，這是制備和功效的關(guān)鍵因素。然而，最近的研究結(jié)果表明，通過商業(yè)微流體技術(shù)制備的mRNA-LNP樣品可能含有相當(dāng)一部分不含mRNA的LNP，作者使用納米流式細(xì)胞術(shù)量化mRNA-LNP樣品中無mrna LNPs的比例高達(dá)30%。

本文采用對(duì)比變換小角中子散射（contrast variation SANS）技術(shù)，結(jié)合納米流式細(xì)胞術(shù)（NanoFCM），定量解析了mRNA-free LNPs的存在比例，并在此基礎(chǔ)上提出了剔除空顆粒干擾后的mRNA-loaded LNPs結(jié)構(gòu)表征方法。

一、mRNA-free和mRNA-LNP樣品的基本表征
作者使用Moderna脂質(zhì)配方（SM-102 : DSPC : Chol : PEG = 50 : 10 : 38.5 : 1.5）和2856個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的mRNA制備的LNP樣品中，mRNA-free顆粒的比例約為27.7%。通過SANS與VSANS技術(shù)對(duì)mRNA-free LNPs進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，建立了其core-shell橢球模型。進(jìn)一步，將包含mRNA的樣品（即raw mRNA-LNPs）中空殼LNPs的散射信號(hào)剔除，得以首次實(shí)現(xiàn)對(duì)mRNA-loaded LNPs的純凈結(jié)構(gòu)信號(hào)分離與建模。

圖1 無mrna lnp和原始mRNA-LNP樣品的基本特征