Machine Learning Elucidates Design Features of Plasmid Deoxyribonucleic Acid Lipid Nanoparticles for Cell Type-Preferential Transfection

转染 质粒 DNA 纳米颗粒 纳米技术 生物物理学 化学 细胞 生物化学 材料科学 细胞生物学 生物 基因
作者
Leonardo Cheng,Yining Zhu,Jingyao Ma,Ataes Aggarwal,Wu Han Toh,Charles Shin,Will Sangpachatanaruk,Gene W. Weng,Ramya Kumar,Hai‐Quan Mao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (42): 28735-28747
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c07615
摘要

To broaden the accessibility of cell and gene therapies, it is essential to develop and optimize nonviral, cell type-preferential gene carriers such as lipid nanoparticles (LNPs). While high-throughput screening (HTS) approaches have proven effective in accelerating LNP discovery, they are often costly, labor-intensive, and do not consistently yield actionable design rules that direct screening efforts toward the most relevant chemical and formulation parameters. In this study, we employed a machine learning (ML) workflow, utilizing well-curated plasmid DNA LNP transfection data sets across six cell types, to extract compositional and chemical insights from HTS studies. Our approach achieved prediction errors averaging between 5 and 10%, depending on the cell type. By applying SHapley Additive exPlanations to our ML models, we uncovered key composition-function relationships that govern cell type-preferential LNP transfection efficiency. Notably, we identified consistent LNP composition parameters that enhance

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