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迈安纳学院 / 知识海洋 / 基于pH调节的喷雾冻干法制备mRNA-LNPs吸入性粉末的研究
   “随着mRNA技术的快速发展,mRNA基治疗药物在多种疾病的治疗中展现出巨大潜力。然而,目前mRNA-LNPs的给药方式主要依赖于液体形式,如使用雾化器或高压气体将其雾化后给药。这种方式存在气道刺激、稳定性差等局限性。因此,开发mRNA-LNPs的粉末制剂具有重要意义。喷雾冻干技术作为一种无热制备粉末的方法,在药物制剂领域得到广泛应用。本研究通过pH调节的喷雾冻干技术,成功制备了适合吸入的mRNA-LNPs粉末,并对其理化性质、转染效率及体内外功能进行了评估。”  
     
 

mRNA/LNP在不同冻干保护剂和缓冲液条件下冻干前后的包封率变化

 
    
    
   

02
实验结果

   
    
  2.1 粉末制备与表征:  
         本研究采用pH调节的SFD技术成功制备了mRNA-LNPs吸入性粉末。通过调节溶液在SFD过程中的pH值,增强了mRNA与LNPs中可电离脂质之间的相互作用,从而保留了封装结构。制备的粉末呈现出适合吸入的特性,mRNA在SFD后仍然被封装在LNPs内。  
     
 

表一、处方组成

表二、喷雾干燥后LNP重新水花后的理化性质表征

 
 

 

 
 

2.2 理化性质分析

 
 
  • 粒径与电位:使用ZetaSizer Nano对重新水合的mRNA-LNPs进行粒径测定,结果显示,尽管SFD后mRNA-LNPs的粒径有所增加,但仍在可接受的范围内(约100-150nm),且未观察到明显聚集。Zeta电位测定也证实了粉末的稳定性。
  • 封装效率与mRNA完整性:通过电泳分析评估了mRNA的完整性,结果显示,在pH 3和5条件下进行SFD时,大部分mRNA仍然保留在LNPs内部,且mRNA未发生降解。同时,测定了mRNA的封装效率,发现pH调节后的SFD方法提高了封装效率。
  • 形态观察:使用透射电子显微镜(TEM)观察了原始液态和粉末状mRNA-LNPs的形态,结果显示,粉末状mRNA-LNPs在重新水合后保持了良好的形态结构。
 
     
 

图二、喷雾干燥后LNP的表征

三、喷雾干燥后LNP重新水化的形态表征

 
  
    
  2.3 生物活性评估  
 
  • 细胞表达活性:将制备的粉末状mRNA-LNPs分散在培养基中,并添加到A549和RPMI 2650细胞中,评估其蛋白表达活性。结果显示,在pH 5条件下制备的粉末状mRNA-LNPs在两种细胞中均表现出最高的Luc(荧光素酶)表达水平。此外,ZsGreen1(一种绿色荧光蛋白)的表达也呈现出类似的趋势。
  • 细胞内分布与摄取:使用流式细胞术和共聚焦激光扫描显微镜(CLMS)评估了粉末状mRNA-LNPs在细胞内的分布和摄取情况。结果显示,尽管在pH 5条件下制备的粉末状mRNA-LNPs的细胞内摄取量不是最高的,但其蛋白表达水平却是最高的。这表明,pH调节可能增强了mRNA向LNPs的封装效率,而不是直接促进了细胞内摄取。
  • 长期储存稳定性:评估了粉末状mRNA-LNPs在长期储存后的稳定性。结果显示,在pH 5条件下制备的粉末状mRNA-LNPs在储存105天后仍然保持了较高的蛋白表达水平,而未进行pH调节的粉末状mRNA-LNPs在储存105天后蛋白表达水平几乎无法检测到。此外,与原始液态mRNA-LNPs相比,粉末状mRNA-LNPs在储存62天后表现出更高的mRNA转染效率。
  • 气管内给药效果:将粉末状和液态mRNA-LNPs气管内给予小鼠,并评估了其在肺部的蛋白表达水平。结果显示,与液态mRNA-LNPs相比,粉末状mRNA-LNPs在小鼠肺部表现出较低的蛋白表达水平,但仍然具有显著的生物活性。这表明,粉末状mRNA-LNPs可能适用于吸入性给药。
 
      
 

图五、喷雾干燥后LNP的体外表达表征

图六、喷雾干燥后LNP的稳定性表征

 
    
    
 

03
结论

 
    
  本研究成功采用pH调节的SFD技术制备了mRNA-LNPs吸入性粉末,并发现该粉末具有良好的理化性质和生物活性。特别是在pH 5条件下制备的粉末状mRNA-LNPs表现出较高的蛋白表达水平和长期储存稳定性。本研究为mRNA-LNPs的吸入性给药提供了新的思路和方法,有望为呼吸系统疾病和黏膜疫苗的治疗提供新的解决方案。  
     
  参考文献:Ogawa, Koki, et al. "Stable and inhalable powder formulation of mRNA-LNPs using pH-modified spray-freeze drying." International Journal of Pharmaceutics 665 (2024): 124632.  

 

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