É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
As nanopartículas lipídicas são desenvolvidas usando uma abordagem de plataforma de mistura microfluida para encapsulamento de mRNA e DNA.
Os portadores de medicamentos à base de lipídio têm sido usados para sistemas de entrega clinicamente e comercialmente disponíveis devido ao seu pequeno tamanho, biocompatibilidade e alta eficiência de encapsulamento. O uso de nanopartículas lipídicas (LNPs) para encapsular ácidos nucleicos é vantajoso para proteger o RNA ou DNA da degradação, ao mesmo tempo em que promove a absorção celular. Os LNPs geralmente contêm múltiplos componentes lipídesis, incluindo um lipídio ionizável, lipídio auxiliar, colesterol e lipídio conjugado de polietileno glicol (PEG). Os LNPs podem facilmente encapsular ácidos nucleicos devido à presença lipídica ionizável, que em pH baixo é cationic e permite a complexação com RNA ou DNA carregados negativamente. Aqui os LNPs são formados por encapsular o RNA mensageiro (mRNA) ou DNA plasmídeo (pDNA) usando a mistura rápida dos componentes lipídicos em uma fase orgânica e o componente ácido nucleico em uma fase aquosa. Esta mistura é realizada usando uma plataforma de mistura microfluida precisa, permitindo a automontagem de nanopartículas enquanto mantém o fluxo laminar. O tamanho hidrodinâmico e a polidispersidade são medidos usando dispersão dinâmica de luz (DLS). A carga de superfície eficaz no LNP é determinada medindo o potencial zeta. A eficiência de encapsulamento é caracterizada usando um corante fluorescente para quantificar o ácido nucleico preso. Os resultados representativos demonstram a reprodutibilidade deste método e a influência que diferentes formulações e parâmetros de processo têm sobre as LNPs desenvolvidas.
Os portadores de drogas são usados para proteger e fornecer um terapêutico com propriedades favoráveis típicas, incluindo baixa citotoxicidade, aumento da biodisponibilidade e melhor estabilidade1,2,3. Nanopartículas poliméricas, micelas e partículas à base de lipídios foram previamente exploradas para encapsulamento e entrega de ácido nucleico4,5,6,7. Lipídios têm sido usados em diferentes tipos de sistemas de nanocarrier, incluindo lipossomos e nanopartículas lipídicas, pois são biocompatíveis com alta estabilidade8. Os LNPs podem facilmente encapsular ácidos nucleicos para a entrega de genes9,10. Protegem o ácido nucleico da degradação por proteases soro durante a circulação sistêmica11 e podem melhorar a entrega para locais específicos, pois a topografia superficial e as propriedades físicas dos LNPs influenciam sua biodistribução12. Os LNPs também melhoram a penetração de tecidos e a captação celular9. Estudos anteriores demonstraram o sucesso do encapsulamento do siRNA dentro de um LNP13, incluindo o primeiro LNP comercialmente disponível contendo siRNA terapêutico para o tratamento de poneuropatia de tratamento de amilidação mediada por transtoretinahereditária 14 tratamento que foi aprovado pela Food and Drug Administration (FDA) dos Estados Unidos e pela Agência Europeia de Medicamentos em 2018. Mais recentemente, lNPs estão sendo estudados para a entrega de maiores moieties de ácido nucleico, ou seja, mRNA e DNA9. Em 2018, havia ~ 22 sistemas de entrega de ácido nucleico à base de lipídios submetidos a testes clínicos14. Além disso, o mRNA contendo LNPs são atualmente os principais candidatos e foram empregados para uma vacina COVID-1915,16. O potencial sucesso dessas terapias genéticas não virais requer a formação de partículas pequenas (~100 nm), estáveis e uniformes com alto encapsulamento do ácido nucleico.
O uso de um lipídio ionizável como componente principal na formulação do LNP tem mostrado vantagens para a complexidade, encapsulamento e effciciency de entrega14. Lipídios ionizáveis normalmente têm uma constante de dissociação de ácido (pKa) < 7; por exemplo, dilinoleylmeethyl-4-dimethylaminobutyrate (D-Lin-MC3-DMA), o lipídio ionizável usado na formulação lnp aprovada pela FDA, tem um pKa de 6.4417. No pH baixo, os grupos de amina no lipídio ionizável tornam-se protoados e carregados positivamente, permitindo a montagem com grupos de fosfato carregados negativamente no mRNA e DNA. A razão de amina, "N", grupos para fosfato, "P", grupos é usado para otimizar a montagem. A razão N/P depende dos lipídios e ácidos nucleicos utilizados, que varia dependendo da formulação18. Após a formação, o pH pode ser ajustado a um pH neutro ou fisiológico para permitir a administração terapêutica. A esses valores de pH, o lipídio ionizável também é desprotoado que dá carga de superfície neutra ao LNP.
O lipídio ionizável também auxilia na fuga endossomal19,20. Os LNPs são submetidos à endocitose durante a captação celular e devem ser liberados do endosomhei para entregar a carga de mRNA no citoplasma celular ou carga de DNA para o núcleo21. Dentro do endosomho é tipicamente um ambiente mais ácido do que o meio extracelular, o que torna o lipídio ionizável carregado positivamente22,23. O lipídio ionizável carregado positivamente pode interagir com cargas negativas na membrana lipídica endossomal, o que pode causar desestabilização do endóssomo permitindo a liberação do LNP e do ácido nucleico. Diferentes lipídios ionizáveis estão sendo estudados para melhorar a eficácia tanto da distribuição do LNP, quanto para a fuga endossomal14.
Outros componentes típicos de um LNP incluem lipídios auxiliares, como um lipídio fosfatidylcholina (PC) ou fosfoetanolamina (PE). 1,2-Dioleoyl-sn -gliceo-3-fosfoethanolamina (DOPE), 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phos a foforolina (DSPC) e 1,2-dioleoyl-sn-gliceo-3-fosfocholina (DOPC) são lipídios auxiliares comumente usados24,25. A DOPE tem sido demonstrada para formar uma fase hexagonal ii invertida (HII) e melhorar a transfecção por fusão de membrana26,enquanto o DSPC foi pensado para estabilizar LNPs com sua geometria cilíndrica27. O colesterol também é incorporado na formulação, a fim de aumentar a rigidez da membrana, auxiliando posteriormente na estabilidade do LNP. Finalmente, o polietileno glicol conjugado lipídida (PEG) é incluído na formulação para fornecer a barreira estérica necessária para auxiliar na automontagem de partículas27. A PEG também melhora a estabilidade de armazenamento dos LNPs, impedindo a agregação. Além disso, o PEG é frequentemente usado como um componente furtivo e pode aumentar o tempo de circulação para os LNPs. No entanto, esse atributo também pode representar desafios para o recrutamento de LNPs para hepatócitos através de um mecanismo de segmentação endógeno impulsionado pela apolipoproteína E (ApoE)28. Assim, estudos têm investigado o comprimento da cadeia aciola para difusão de PEG do LNP, descobrindo que os comprimentos curtos (C8-14) se dissociam do LNP e são mais favoráveis ao recrutamento de ApoE em comparação com comprimentos de acicl mais longos28. Além disso, o grau de saturação da cauda lipídica a que o PEG é conjugado tem sido demonstrado para influenciar a distribuição tecidual de LNPs29. Recentemente, o Tween 20, que é um surfactante comumente usado em formulações de produtos biológicos de medicamentos e tem uma longa cauda lipídica insaturada, mostrou-se ter alta transfecção na drenagem de linfonodos em comparação com peg-DSPE, que transfetou em grande parte o músculo no local da injeção29. Este parâmetro pode ser otimizado para alcançar a biodistribução desejada do LNP.
Os métodos convencionais de formação de LNPs incluem o método de hidratação de filme fino e o método de injeção de etanol27. Embora estas sejam técnicas prontamente disponíveis, elas também são intensivas em mão-de-obra, podem resultar em baixa eficiência de encapsulamento e são desafiadoras para escalar27. Os avanços nas técnicas de mistura resultaram em métodos mais favoráveis à escala, ao mesmo tempo em que desenvolvem partículas mais uniformes27. Estes métodos incluem mistura de junção T, mistura de herringbone escalonado e foco hidrodinâmico microfluidic27. Cada método possui uma estrutura única, mas todos permitem a rápida mistura de uma fase aquosa contendo o ácido nucleico com uma fase orgânica contendo os componentes lipídicos, resultando em alto encapsulamento do ácido nucleico27. Neste protocolo é utilizada a mistura rápida e controlada através de um cartucho microfluido, que emprega o design de mistura de herringbone escalonado. Este protocolo descreve a preparação, montagem e caracterização do ácido nucleico contendo LNPs.
Um esquema do processo global é fornecido na Figura 1.
1. Preparação de tampões
NOTA: A filtragem estéril dos buffers é altamente sugerida aqui para remover quaisquer partículas que possam impactar o ácido nucleico e a qualidade do LNP.
2. Preparação da mistura lipídica
3. Preparação da solução de ácido nucleico
NOTA: A preparação e manuseio de soluções de ácido nucleico deve ser realizada em um ambiente estéril e livre de RNase sempre que possível. Trabalhe em um armário de biossegurança sempre que possível com o ácido nucleico.
4. Primindo os canais microfluidos
NOTA: Este protocolo é adaptado das diretrizes do fabricante do instrumento.
5. Formação do LNP
NOTA: Este protocolo é adaptado das diretrizes do fabricante do instrumento.
6. Troca de buffer
NOTA: É fornecido protocolo para o uso de filtros ultra-centrífugas. Embora este método resulte em uma troca mais eficiente de buffers, a diálise pode ser substituída aqui.
7. Medir a eficiência do encapsulamento
8. Ajustes de concentração
9. Medir o tamanho hidrodinâmico do LNP e a polidispersidade
10. Medir o potencial de zeta do LNP
Vários lotes de LNPs com a mesma formulação lipídica e razão N/P de 6 foram desenvolvidos em dias separados para demonstrar a reprodutibilidade da técnica. Lote 1 e 2 resultaram em distribuições de tamanho sobrepostas com polidispersidade semelhante(Figura 2A) Nenhuma diferença significativa foi observada no tamanho ou eficiência de encapsulamento entre os dois lotes diferentes(Figura 2B). A eficiência de encapsulament...
A reprodutibilidade, a velocidade e a triagem de baixo volume são vantagens significativas do uso da mistura microfluida para formar LNPs em comparação com outros métodos existentes (por exemplo, hidratação de filme lipídico e injeção de etanol). Demonstramos a reprodutibilidade deste método sem impacto na eficiência de encapsulamento ou tamanho de partículas observada com diferentes lotes de LNP. Este é um critério essencial para que qualquer terapêutico, incluindo os LNPs, se torne clinicamente disponív...
Todos os autores são funcionários da Sanofi. Os autores declaram que não têm conflito de interesses ou interesses financeiros concorrentes.
Obrigado a Atul Saluja, Yatin Gokarn, Maria-Teresa Peracchia, Walter Schwenger e Philip Zakas por suas orientações e contribuições para o desenvolvimento do LNP.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,2-dimyristoyl-rac-glycero-3-methoxypolyethylene glycol-2000 (C-14 PEG) | Avanti Polar Lipids | 880151P | |
10 µl Graduated Filter Tips (RNase-,DNase-, DNA-free) | USA Scientific | 1121-3810 | |
1000 µl Graduated Filter Tips (RNase-,DNase-, DNA-free) | USA Scientific | 1111-2831 | |
20 µl Beveled Filter Tips (RNase-,DNase-, DNA-free) | USA Scientific | 1120-1810 | |
200 µl Graudated Filter Tips (RNase-,DNase-, DNA-free) | USA Scientific | 1120-8810 | |
3β-Hydroxy-5-cholestene, 5-Cholesten-3β-ol (Cholesterol) | Sigma-Aldrich | C8667 | |
BD Slip Tip Sterile Syringes (1 ml syringe) | Thermo Fisher Scientific | 14-823-434 | |
BD Slip Tip Sterile Syringes (3 ml syringe) | Thermo Fisher Scientific | 14-823-436 | |
BD Vacutainer General Use Syringe Needles (BD Blunt Fill Needle 18G) | Thermo Fisher Scientific | 23-021-020 | |
Benchtop Centrifuge | Beckman coulter | ||
Black 96 well plates | Thermo Fisher Scientific | 14-245-177 | |
BrandTech BRAND BIO-CERT RNase-, DNase-, DNA-free microcentrifuge tubes (1.5mL) | Thermo Fisher Scientific | 14-380-813 | |
Citric Acid | Fisher Scientific | 02-002-611 | |
Corning 500ml Vacuum Filter/Storage Bottle System, 0.22 um pore | Corning | 430769 | |
Disposable folded capillary cells | Malvern | DTS1070 | |
Ethyl Alcohol, Pure 200 proof | Sigma-Aldrich | 459844 | |
Fisher Brand Semi-Micro Cuvette | Thermo Fisher Scientific | 14955127 | |
Invitrogen Conical Tubes (15 mL) (DNase-RNase-free) | Thermo Fisher Scientific | AM12500 | |
MilliporeSigma Amicon Ultra Centrifugal Filter Units | Thermo Fisher Scientific | UFC901024 | |
NanoAssemblr Benchtop | Precision Nanyosystems | ||
Nuclease-free water | Thermo Fisher Scientific | AM9930 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | AM9624 | |
Quant-iT PicoGreen dsDNA Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | P7589 | |
Quant-iT RiboGreen RNA Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | R11490 | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | 02-004-036 | |
Sodium Citrate, Dihydrate, granular | Fisher Scientific | 02-004-056 | |
SpectraMax i3x | Molecular Devices | ||
Zetasizer Nano | Malvern |
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados