Method Article

Un flusso di lavoro per l'ottimizzazione della formulazione di nanoparticelle lipidiche (LNP) utilizzando esperimenti di processo di miscela progettati e modelli di ensemble autoconvalidati (SVEM)

DOI:

10.3791/65200

August 18th, 2023

In This Article

Summary

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Questo protocollo fornisce un approccio all'ottimizzazione della formulazione rispetto a fattori di studio di miscela, continui e categoriali che riduce al minimo le scelte soggettive nella costruzione del progetto sperimentale. Per la fase di analisi, viene impiegata una procedura di adattamento di modellazione efficace e facile da usare.

Abstract

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Presentiamo un approccio in stile Quality by Design (QbD) per l'ottimizzazione delle formulazioni di nanoparticelle lipidiche (LNP), con l'obiettivo di offrire agli scienziati un flusso di lavoro accessibile. La restrizione intrinseca in questi studi, in cui i rapporti molari dei lipidi ionizzabili, helper e PEG devono sommarsi fino al 100%, richiede metodi di progettazione e analisi specializzati per soddisfare questo vincolo di miscela. Concentrandoci sui fattori lipidici e di processo comunemente utilizzati nell'ottimizzazione della progettazione LNP, forniamo passaggi che evitano molte delle difficoltà che tradizionalmente sorgono nella progettazione e nell'analisi di esperimenti di processo di miscelazione impiegando progetti di riempimento dello spazio e utilizzando il quadro statistico recentemente sviluppato di modelli di ensemble autoconvalidati (SVEM). Oltre a produrre formulazioni ottimali candidate, il flusso di lavoro crea anche riepiloghi grafici dei modelli statistici adattati che semplificano l'interpretazione dei risultati. Le formulazioni candidate appena identificate vengono valutate con cicli di conferma e facoltativamente possono essere condotte nel contesto di uno studio di seconda fase più completo.

Introduction

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Le formulazioni di nanoparticelle lipidiche (LNP) per sistemi di rilascio genico in vivo coinvolgono generalmente quattro lipidi costituenti delle categorie di lipidi ionizzabili, helper e PEG 1,2,3. Sia che questi lipidi vengano studiati da soli o contemporaneamente ad altri fattori non miscelati, gli esperimenti per queste formulazioni richiedono disegni di "miscela" perché - data una formulazione candidata - aumentare o diminuire il rapporto di uno qualsiasi dei lipidi porta necessariamente ad una corrispondente diminuzione o aumento della somma dei rapporti degli....

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Protocol

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L'esperimento descritto nella sezione Risultati rappresentativi è stato condotto in conformità con la Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio e le procedure sono state eseguite seguendo le linee guida stabilite dal nostro Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (IACUC). Sono stati ottenuti commercialmente topi femmina Balb/C di 6-8 settimane. Gli animali hanno ricevuto ad libitum chow e acqua standard e sono stati alloggiati in condizioni standard con cicli luce / buio di 12 ore, a una temperatura di 65-75 ° F (~ 18-23 ° C) con 40-60% di umidità.

1. Registrazione dello scopo, delle risposte e d....

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Results

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Questo approccio è stato convalidato in entrambi i tipi lipidici ampiamente classificati: lipidi classici simili a MC3 e lipidoidi (ad esempio, C12-200), generalmente derivati dalla chimica combinatoria. Rispetto a una formulazione LNP di riferimento sviluppata utilizzando un metodo One Factor at a Time (OFAT), le formulazioni candidate generate attraverso il nostro flusso di lavoro dimostrano spesso miglioramenti di potenza da 4 a 5 volte su scala logaritmica, come mostrato nelle letture della luciferasi epatica di topo.......

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Discussion

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Il moderno software per la progettazione e l'analisi di esperimenti di processo di miscela consente agli scienziati di migliorare le loro formulazioni di nanoparticelle lipidiche in un flusso di lavoro strutturato che evita una sperimentazione OFAT inefficiente. L'approccio di modellazione SVEM recentemente sviluppato elimina molte delle modifiche di regressione arcana e delle strategie di riduzione del modello che potrebbero aver precedentemente distratto gli scienziati con considerazioni statistiche estranee. Una volta.......

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Disclosures

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La strategia di progettazione sperimentale alla base di questo flusso di lavoro è stata impiegata in due domande di brevetto in cui uno degli autori è un inventore. Inoltre, Adsurgo, LLC è un partner JMP certificato. Tuttavia, lo sviluppo e la pubblicazione di questo documento sono stati intrapresi senza alcuna forma di incentivo finanziario, incoraggiamento o altri incentivi da parte di JMP.

Acknowledgements

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Siamo grati all'editore e ai referee anonimi per i suggerimenti che hanno migliorato l'articolo.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
JMP Pro 17.1JMP Statistical Discovery LLC

References

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  1. Dolgin, E. Better lipids to power next generation of mRNA vaccines. Science. 376 (6594), 680-681 (2022).
  2. Hou, X., Zaks, T., Langer, R., Dong, Y. Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nature Reviews Materials. 6 (12), 1078-1094 (2021).
  3. Huang, X., et al.

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Lipid Nanoparticle FormulationMixture Process ExperimentsSpace Filling DesignSelf Validated Ensemble ModelsFormulation OptimizationQuality By DesignTernary PlotsProcess FactorsCandidate Optimal FormulationsStatistical Modeling

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