Mechanistic Studies of an Automated Lipid Nanoparticle Reveal Critical Pharmaceutical Properties Associated with Enhanced mRNA Functional Delivery In Vitro and In Vivo

体内 信使核糖核酸 体外 化学 纳米技术 计算生物学 细胞生物学 生物物理学 生物 生物化学 材料科学 遗传学 基因
作者
Lili Cui,Morag R. Hunter,Silvia Sonzini,Sara Pereira,Steven M. Romanelli,Kai Liu,Weimin Li,Lihuan Liang,Bin Yang,Najet Mahmoudi,Arpan Desai
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (9) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/smll.202105832
摘要

Recently, lipid nanoparticles (LNPs) have attracted attention due to their emergent use for COVID-19 mRNA vaccines. The success of LNPs can be attributed to ionizable lipids, which enable functional intracellular delivery. Previously, the authors established an automated high-throughput platform to screen ionizable lipids and identified that the LNPs generated using this automated technique show comparable or increased mRNA functional delivery in vitro as compared to LNPs prepared using traditional microfluidics techniques. In this study, the authors choose one benchmark lipid, DLin-MC3-DMA (MC3), and investigate whether the automated formulation technique can enhance mRNA functional delivery in vivo. Interestingly, a 4.5-fold improvement in mRNA functional delivery in vivo by automated LNPs as compared to LNPs formulated by conventional microfluidics techniques, is observed. Mechanistic studies reveal that particles with large size accommodate more mRNA per LNP, possess more hydrophobic surface, are more hemolytic, bind a larger protein corona, and tend to accumulate more in macropinocytosomes, which may quantitatively benefit mRNA cytosolic delivery. These data suggest that mRNA loading per particle is a critical factor that accounts for the enhanced mRNA functional delivery of automated LNPs. These mechanistic findings provide valuable insight underlying the enhanced mRNA functional delivery to accelerate future mRNA LNP product development.
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