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用于疫苗接种的mRNA负载纳米颗粒的制备

2025年7月8日

本文内容

摘要

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来源:Fornaguera, C. 用于疫苗接种目的的mRNA负载聚(β-氨基酯)纳米颗粒的合成与表征 J. Vis. Exp. (2021)

本视频展示了一种利用聚合物纳米颗粒制备mRNA疫苗候选物的方法。阳离子聚合物与带负电荷的mRNA相互作用,形成聚集体(polyplexes)。聚集体的形成可稳定mRNA,使其成为免疫治疗应用中未来mRNA疫苗的潜在候选物。

方案

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1. 带末端寡肽的聚(β-氨基酯) (OM-pBAE)聚合物的合成

  1. 聚合 C6-pBAE
    1. 将 5-氨基-1-戊醇(38 mmol;分子量 = 103.16 Da)和 1-己胺(38 mmol;分子量 = 101.19 Da)加入圆底玻璃烧瓶(100 mL)中,然后加入 1,4-丁二醇二丙烯酸酯(82 mmol;分子量 = 198.22 Da)。
    2. 将硅油浴预热至 90 °C,将圆底烧瓶置于油浴中,并借助磁力搅拌子搅拌混合物过夜(约 18 小时)。然后将产物从圆底烧瓶中取出,并在 -20 °C 冰箱中冷冻。
      注意: 产物呈粘稠粉末状,需借助刮刀从烧瓶中取出。必须通过 1H-NMR 验证所得聚合物的结构。核磁共振谱在 400 MHz 仪器(见 材料表)中测定,使用氘代氯仿和 D2O 作为溶剂。取约 10 mg 每种聚(β-氨基酯),溶解于 1 mL 氘代溶剂中。
  2. 与多肽反应制备 OM-pBAE
    1. 将 25 mL 0.1 M 盐酸加入选定的多肽(例如 Cys-His-His-His 多肽)中,加入三氟乙酸(TFA,200 mg),置于预先称重的 50 mL 离心管中(该离心管需可耐受冻干),手动搅拌过夜,以获得澄清溶液。
    2. 在 -80 °C 下冷冻溶液 1 小时,随后冻干得到多肽盐酸盐。
      注意:检查最终重量是否与理论值相符。
    3. 将 C6-pBAE(0.031 mmol)溶于二甲基亚砜,配制成溶液。同时将多肽盐酸盐(0.078 mmol)溶于二甲基亚砜,配制成另一溶液。
    4. 将两种溶液混合于螺口管中,拧紧盖子。将混合溶液置于温度控制为 25 °C 的水浴中,用磁力搅拌子搅拌 20 小时。
    5. 将混合物加入 7:3(v/v)乙醚/丙酮混合液中。在 4 °C 下以 25,000 x 离心,以去除溶剂。随后,用 7:3(v/v)乙醚/丙酮洗涤沉淀物两次。然后在真空条件下干燥产物(<0.2 atm)。
    6. 将产物以 100 mg/mL 的浓度溶于二甲基亚砜中。所得产物命名为 C6-多肽-pBAE。必须通过 1H-NMR 验证所得聚合物的结构,以确认末端丙烯酸酯相关的烯烃信号消失。若不立即使用,可将聚合物在 -20 °C 下冷冻保存。

2. 聚合物复合物的形成

注意:所有操作均应在温控室内进行,以保持恒定的温度。

  1. 解冻聚合物 C6-肽-pBAE 并涡旋溶液。
  2. 用移液器反复吹打聚合物混合物,并在醋酸钠(NaAc)中配制 12.5 mM(V1)的溶液。然后涡旋混合物并静置 10 分钟。
  3. 将信使核糖核酸(mRNA)配制成 0.5 mg/mL 的溶液,并通过移液吹打混合(V2)。
    注意:切勿涡旋 mRNA 溶液。
  4. 涡旋聚合物混合物至最终浓度,以使聚合物的二甲基亚砜(DMSO)储备液与醋酸盐缓冲液充分混匀,形成均一溶液。
    注意:最终聚合物浓度取决于所选的 N/P(氮/磷酸基团)比。N/P 比取决于所使用的特定 mRNA。例如,在封装增强型绿色荧光蛋白(eGFP)mRNA 时,如先前报道,采用 25:1 的比例。
  5. 将遗传物质溶液与 C6-肽-pBAE 溶液(浓度为 mRNA 的 25 倍)按 1:1 的比例混合(Vi = V1 + V2)。
    注意:C6-肽-pBAE 装于微量离心管中,通过上下移液将 mRNA 加入并混合。一旦配制完成,聚复合物(polyplex)中核酸和 C6-肽-pBAE 的浓度均被稀释一半。
  6. 在 25 °C 的温控金属块中孵育 30 分钟。通过将样品加入预先装有 RNase-free 水的微量离心管中,按 1:2 的比例进行沉淀。
  7. 加入辅料。用移液器上下吹打,加入与 mRNA 和 pBAE 混合物体积相等的 20 mM 4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸(HEPES)和 4% 蔗糖溶液(体积为 Vi)。此时,样品总体被稀释了 3 倍。

3. 聚合物复合物的冻干

  1. 将先前的聚集体溶液立即置于 -80 °C 超低温冰箱中冷冻 1 小时。
  2. 按以下步骤进行初次干燥:(1)-60 °C、0.001 hPa 条件下 1 小时;(2)-40 °C、0.0001 hPa 条件下 1 小时;(3)-20 °C、0.0001 hPa 条件下 4 小时;(4)5 °C、0.0001 hPa 条件下 12 小时。
  3. 立即于 -20 °C 保存,以避免使用前重新吸水。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1,4-丁二醇二丙烯酸酯Sigma Aldrich123048
1-己胺Sigma Aldrich219703
5-氨基-1-戊醇Sigma Aldrich411744
丙酮Panreac141007
氯羟化物Panreac181023
氘代氯仿Sigma Aldrich151823
Cys-His-His-His 肽Ontores定制
Cys-Lys-Lys-Lys 肽Ontores定制
D2OSigma Aldrich151882
DEPC 试剂(用于制备无 RNase 水)Sigma AldrichD5758该试剂用于处理 MilliQ 水以去除缓冲液中的任何 RNase
乙醚Panreac212770
二甲基亚砜Sigma Aldrich276855
HEPESSigma AldrichH3375
mRNA EGFPTriLink TechnologiesL-7601
RiboGreen 试剂盒ThermoFisherR11490
乙酸钠Sigma Aldrich71196
蔗糖Sigma AldrichS0389
三氟乙酸Sigma Aldrich302031

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标签

mRNA mRNA RNase free

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