Lipid-Nanopartikel (LNPs) haben sich in den letzten Jahren im Bereich der nicht-viralen Gentherapie als vielversprechend erwiesen. Im Jahr 2018 hat die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) das allererste RNA-Interferenz-Therapeutikum (RNAi), Onpattro von Alnylam, zur Behandlung der hereditären Transthyretin-Amyloidosezugelassen 1,2,3,4. Dies war ein wichtiger Schritt vorwärts für Lipid-Nanopartikel und RNA-basierte Therapien. Kürzlich erhielten Moderna und Pfizer/BioNTech FDA-Zulassungen für ihre mRNA-LNP-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 4,5. In jeder dieser LNP-basierten Nukleinsäuretherapien dient das LNP dazu, seine Fracht vor dem Abbau durch Nukleasen zu schützen und eine starke intrazelluläre Verabreichung zu erleichtern 6,7. Während LNPs in RNAi-Therapien und Impfstoffanwendungen erfolgreich sind, wurden mRNA-LNPs auch für den Einsatz in Proteinersatztherapien8 sowie für die gleichzeitige Verabreichung von Cas9-mRNA und Leit-RNA für die Verabreichung des CRISPR-Cas9-Systems für dieGeneditierung 9 untersucht. Es gibt jedoch nicht die eine spezifische Formulierung, die für alle Anwendungen gut geeignet ist, und subtile Änderungen der LNP-Formulierungsparameter können die Wirksamkeit und Bioverteilung in vivo stark beeinflussen 8,10,11. Daher müssen individuelle mRNA-LNPs entwickelt und evaluiert werden, um die optimale Formulierung für jede LNP-basierte Therapie zu bestimmen.
LNPs werden üblicherweise mit vier Lipidkomponenten formuliert: einem ionisierbaren Lipid, einem Phospholipid, Cholesterin und einem lipidverankerten Polyethylenglykol (PEG)-Konjugat (Lipid-PEG)11,12,13. Die potente intrazelluläre Verabreichung, die durch LNPs ermöglicht wird, beruht zum Teil auf der ionisierbaren Lipidkomponente12. Diese Komponente ist bei physiologischem pH-Wert neutral, wird aber im sauren Milieu des Endosoms11 positiv geladen. Es wird angenommen, dass diese Änderung der Ionenladung einen wichtigen Beitrag zur endosomalen Flucht leistet12,14,15. Zusätzlich zum ionisierbaren Lipid verbessert die Phospholipidkomponente (Helferlipid) die Verkapselung der Fracht und hilft bei der endosomalen Flucht, das Cholesterin bietet Stabilität und verbessert die Membranfusion, und das Lipid-PEG minimiert die LNP-Aggregation und Opsonisierung im Kreislauf10,11,14,16. Um das LNP zu formulieren, werden diese Lipidkomponenten in einer organischen Phase, typischerweise Ethanol, kombiniert und mit einer wässrigen Phase vermischt, die die Nukleinsäurefracht enthält. Das LNP-Formulierungsverfahren ist sehr vielseitig, da es ermöglicht, verschiedene Komponenten leicht zu substituieren und mit unterschiedlichen Molverhältnissen zu kombinieren, um viele LNP-Formulierungen mit einer Vielzahl von physikalisch-chemischen Eigenschaften zu formulieren10,17. Bei der Erforschung dieser großen Vielfalt von LNPs ist es jedoch entscheidend, dass jede Formulierung mit einem standardisierten Verfahren bewertet wird, um die Unterschiede in der Charakterisierung und Leistung genau zu messen.
Hier wird der komplette Workflow für die Formulierung von mRNA-LNPs und die Bewertung ihrer Leistung in Zellen und Tieren skizziert.