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Le nanoparticelle lipidiche (LNP) si sono dimostrate molto promettenti negli ultimi anni nel campo della terapia genica non virale. Nel 2018, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha approvato la prima terapia di interferenza dell'RNA (RNAi), Onpattro di Alnylam, per il trattamento dell'amiloidosi ereditaria da transtiretina 1,2,3,4. Questo è stato un importante passo avanti per le nanoparticelle lipidiche e le terapie a base di RNA. Più recentemente, Moderna e Pfizer/BioNTech hanno ricevuto l'approvazione della FDA per i loro vaccini mRNA-LNP contro SARS-CoV-2 4,5. In ciascuna di queste terapie a base di acidi nucleici a base di LNP, l'LNP serve a proteggere il suo carico dalla degradazione da parte delle nucleasi e a facilitare una potente veicolazione intracellulare 6,7. Mentre le LNP hanno avuto successo nelle terapie RNAi e nelle applicazioni dei vaccini, le mRNA-LNP sono state esplorate anche per l'uso nelle terapie di sostituzione proteica8 e per la co-somministrazione di mRNA Cas9 e RNA guida per la somministrazione del sistema CRISPR-Cas9 per l'editing genetico9. Tuttavia, non esiste una formulazione specifica adatta a tutte le applicazioni e sottili cambiamenti nei parametri di formulazione di LNP possono influenzare notevolmente la potenza e la biodistribuzione in vivo 8,10,11. Pertanto, i singoli mRNA-LNP devono essere sviluppati e valutati per determinare la formulazione ottimale per ciascuna terapia a base di LNP.
Le LNP sono comunemente formulate con quattro componenti lipidici: un lipide ionizzabile, un fosfolipide, il colesterolo e un coniugato polietilenglicole (PEG) ancorato ai lipidi (lipid-PEG)11,12,13. Il potente rilascio intracellulare facilitato dalle LNP si basa, in parte, sulla componente lipidica ionizzabile12. Questo componente è neutro a pH fisiologico ma si carica positivamente nell'ambiente acido dell'endosoma11. Si ritiene che questo cambiamento nella carica ionica sia un fattore chiave per la fuga endosomiale12,14,15. Oltre al lipide ionizzabile, la componente fosfolipidica (lipide helper) migliora l'incapsulamento del carico e aiuta nella fuga endosomiale, il colesterolo offre stabilità e migliora la fusione della membrana e il lipide-PEG riduce al minimo l'aggregazione e l'opsonizzazione di LNP in circolazione10,11,14,16. Per formulare l'LNP, questi componenti lipidici vengono combinati in una fase organica, tipicamente etanolo, e miscelati con una fase acquosa contenente il carico di acido nucleico. Il processo di formulazione di LNP è molto versatile in quanto consente di sostituire e combinare facilmente diversi componenti a diversi rapporti molari al fine di formulare molte formulazioni di LNP con una moltitudine di proprietà fisico-chimiche10,17. Tuttavia, quando si esplora questa vasta varietà di LNP, è fondamentale che ogni formulazione venga valutata utilizzando una procedura standardizzata per misurare con precisione le differenze nella caratterizzazione e nelle prestazioni.
Qui viene delineato il flusso di lavoro completo per la formulazione di mRNA-LNP e la valutazione delle loro prestazioni in cellule e animali.