Microfluidic Platform Enables Shearless Aerosolization of Lipid Nanoparticles for mRNA Inhalation

气溶胶化 吸入 纳米技术 基因传递 转染 纳米颗粒 微流控 脂质体 材料科学 雾化器 信使核糖核酸 化学 医学 基因 生物化学 麻醉
作者
Jeonghwan Kim,Antony Jozić,Elissa Bloom,B. B. Jones,Michael Marra,Namratha Turuvekere Vittala Murthy,Yulia Eygeris,Gaurav Sahay
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (17): 11335-11348 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c00768
摘要

Leveraging the extensive surface area of the lungs for gene therapy, the inhalation route offers distinct advantages for delivery. Clinical nebulizers that employ vibrating mesh technology are the standard choice for converting liquid medicines into aerosols. However, they have limitations when it comes to delivering mRNA through inhalation, including severe damage to nanoparticles due to shearing forces. Here, we introduce a microfluidic aerosolization platform (MAP) that preserves the structural and physicochemical integrity of lipid nanoparticles, enabling safe and efficient delivery of mRNA to the respiratory system. Our results demonstrated the superiority of the MAP over the conventional vibrating mesh nebulizer, as it avoided problems such as particle aggregation, loss of mRNA encapsulation, and deformation of the nanoparticle morphology. Notably, aerosolized nanoparticles generated by the microfluidic device led to enhanced transfection efficiency across various cell lines. In vivo experiments with mice that inhaled these aerosolized nanoparticles revealed successful lung-specific mRNA transfection without observable signs of toxicity. This MAP may represent an advancement for the pulmonary gene therapy, enabling precise and effective delivery of aerosolized nanoparticles.
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