《Journal of Controlled Release》：Exploring lipid nanoparticle design spaces using self-regulating microfluidic machines and multiplexed
in vivo biodistribution
编辑推荐：
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使用自调节微流控系统制备了涂覆不同脂多糖的脂质纳米颗粒。
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研究了能够产生具有高包裹效率
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使用自调节微流控系统制备了涂覆不同脂多糖的脂质纳米颗粒。
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研究了能够产生具有高包裹效率颗粒的设计空间。
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通过小角X射线散射对颗粒的形态进行了表征。
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利用小鼠的多重条形码实验研究了体内生物分布的差异。
引言
脂质纳米颗粒（LNPs）已在各种治疗领域发展成为基因传递系统 [1], [2], [3]。目前对这些载体的研究主要基于少数已上市LNPs的配方参数和脂质组成，特别是COVID-19 mRNA疫苗Elasomeran/Spikevax?（Moderna）和Tozinameran/Comirnaty?（Pfizer/BioNTech） [4], [5]。许多研究报道了更换磷脂 [6]、胆固醇 [7]、可电离的胺脂 [8] 或含聚乙二醇（PEG）的隐形脂多糖 [9], [10] 的效果。这些工作对于克服药代动力学的关键障碍至关重要，例如由肝细胞积累引起的问题 [11]。然而，这样的努力需要时间和资源密集型的实验筛选，因为即使工艺设置或辅料的微小变化也可能导致关键质量属性（CQAs）和生物活性的显著变化 [12], [13], [14]。原则上，每当引入新的脂质成分时（例如，用于靶向肝脏以外的组织），或者加载另一种核酸 cargo 时，驱动 LNP 形成的工艺参数就需要进行调整。关于微流控技术，这是一种常见的 LNP 生产技术，不同的总流量（TFR）、乙醇脂质和水相 mRNA 之间的流量比（FRR）、混合前的总脂质/mRNA 浓度以及可电离脂质和核苷酸之间的比率（N/P）是调节配方结果的有效手段 [15]，并且已被自调节微流控设备用于独立于用户的脂质纳米颗粒配方优化（图 1A）[16]。这种自调节微流控设备生产出了 95% 的目标尺寸颗粒，最多只需要三次配方迭代即可达到目标尺寸。
本文的核心问题是：为含有 PEG 的 LNP 开发的自动化配方平台是否也能适应 POx-脂质以实现预定义的颗粒尺寸，以及脂多糖的选择如何影响所得 LNP 的理化性质和体内生物分布。为此，我们正在探索替代 PEG 的辅料，即 poly(2-甲基-2-恶唑啉)（PMeOx）和 poly(2-乙基-2-恶唑啉)（PEtOx），并将自调节配方设置与多重生物学评估相结合，以简化大型设计空间及其生物潜力的高通量表征。基于 POx 的材料已经显示出优异的生物相容性 [17], [18]，或者当它们整合到生物偶联物中时 [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]。POx-脂质已被用于 LNP 的生产，并被认为也是 PEG-脂质的良好替代品 [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33]，尽管这些替代品正受到越来越多的批评 [34], [35]。然而，这也取决于所选分子量的不同，从 PEG 基材料切换到 POx 基材料可能会显著影响配方结果 [33]。例如，使用摩尔质量相当的 PeOx 链会导致颗粒尺寸大约是类似 PEG 基配方的两倍 [29]。这个问题对自调节微流控配方设备提出了一个有趣的挑战，即在没有人工干预的情况下自主地（无需人工干预）达到预设的脂质纳米颗粒尺寸，并迅速绘制药物设计空间。这定义了算法的任务：自动实现目标 LNP 尺寸。选定的配方通过小角 X 射线散射（SAXS）[36] 对 mRNA 包裹效率（EE）和形态进行了表征。自学习机器提供的广泛配方空间通过小鼠体内条形码研究进行了药代动力学多重研究。
章节片段
聚合物合成
PeOx-脂质的合成按照之前的描述[33], [37]进行。包括 PMeOx-脂质的合成和表征数据的详细程序可以在补充信息中找到（方案 S1–2、表格 S1–2、图表 S1–8）。
材料
CatPure? eGFP 未加帽 mRNA 来自 CATUG Life Technology Co.，ALC-0159（α-(2-(十二烷基氨基)-2-氧代乙基)-ω-甲氧基-聚(氧-1,2-乙二基)），ALC-0315（[(4-羟基丁基)氮二基]二(己烷-6,1-二基)双(2-己基癸酸)）和胆固醇
结果与讨论
由于先前由不同研究小组进行的研究发现，如果 POx 的聚合度（DP）与 ALC-0159 和 DMG-PEG2000 中使用的 PEG2k 相似，则 POx 与脂质末端基团适合用于 LNP 的形成，我们将 POx-脂质的合成目标 DP 值定为约 50 [26], [28], [29], [32]。对于 DP 为 50 的 PeOx，其流体动力学体积与 PEG2k 相似 [49]。由于 PMeOx 的流体动力学体积大于...
结论
本研究测试了为 PEGylated LNPs 开发的自调节微流控平台是否也能适应 POx-脂质并实现预定义的颗粒尺寸，并通过理化表征和多重体内生物分布分析进行了补充。该平台生产出的 PMeOx 和 PEtOx 含量 LNP 在 60–120?nm 范围内的大多数测试目标中尺寸都在 ±10% 的容差范围内。初始生产周期中的聚合物依赖性偏差...
CRediT 作者贡献声明
Josef Kehrein：撰写 – 审阅和编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。 Elena Reus：撰写 – 审阅和编辑，可视化，软件，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。 Caroline T. Holick：撰写 – 审阅和编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，形式分析。 Sebastian Mummel：撰写 – 原稿，方法论，调查
利益冲突声明
E. Reus, C. T. Holick, J. K?sbach, J. Magnus, U. S. Schubert 和 L. Meinel 被列为与本研究中使用的方法和材料相关的专利申请的发明人。I. Ates, M. Hafke 和 F. A. Mann 是 Bayer AG 的现任员工。其余作者宣布没有竞争性财务利益。
Josef Kehrein|Elena Reus|Caroline T. Holick|Sebastian Mummel|Ilayda Ates|Xiaoxuan Wang|Markus Hafke|Jonas K?sbach|Stephanie Hoeppener|Christine Weber|Tessa Lühmann|Stephanie Schubert|J?rgen Magnus|Florian A. Mann|Ulrich S. Schubert|Lorenz Meinel
