4D Analysis of Lipid Nanoparticles (LNP) using Elute-timsTOF Pro 2 with VIP-HESI source

4D analýza lipidových nanopartiklí pomocí Elute-timsTOF Pro 2 s VIP-HESI zdrojem

Význam tématu
Lipidové nanopartikle (LNP) tvoří základní platformu pro doručování mRNA vakcín a terapií. Přesná charakterizace jejich složení, čistoty a stability je zásadní pro vývoj nových léčiv a kontrolu kvality.

Cíle a přehled studie
Studie předkládá metodiku kombinující ultra vysokovýkonné kapalinové chromatografie (UHPLC), zachycenou iontovou mobilitu (TIMS) a vysoce přesnou hmotnostní spektrometrii (HRMS) k analýze čtyř klíčových lipidových komponent LNP: DSPC, DOTAP, DMG-PEG-2000 a cholesterol. Porovnává standardní ESI zdroj s novým VIP-HESI a zkoumá chování směsi v čistém roztoku i ve spikovaných krevních plazmách.

Použitá metodika a instrumentace

• UHPLC systém Elute s kolonkou YMC-Triart C18 (100×2,1 mm, 1,9 µm)
• Mobilní fáze A: 600/390/10 MeCN/Voda/1 M formiát amonný v 0,1 % formové kyselině
• Mobilní fáze B: 900/90/10 IPA/MeCN/1 M formiát amonný v 0,1 % formové kyselině
• Gradient od 50 % A/50 % B do 1 % A/99 % B během 13 min, průtok 0,4 mL/min, teplota kolony 55 °C
• MS systém timsTOF Pro 2 s ESI a VIP-HESI zdroji
• Parametry VIP-HESI: kapilární napětí 4000 V, end plate offset 500 V, suchý plyn 8 L/min při 230 °C, nebulizér 2 Bar
• TIMS pro měření kolizních průřezů (CCS) a rozlišení izobarických složek

Hlavní výsledky a diskuse

• VIP-HESI zdroj zvýšil intenzitu iontového signálu o 5–25× oproti klasickému ESI
• Každá ze čtyř lipidových složek vykázala unikátní retenci, m/z a CCS hodnotu umožňující spolehlivou identifikaci
• Při analýze plazmatického extraktu spikovaného LNP směsí se PEGylovaný lipid částečně překrýval v chromatografii, ale byl separován v TIMS dimenzi
• Heatmapy a BPC chromatogramy potvrdily reprodukovatelnost a rozlišení i v komplexním biologickém vzorku

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a vysoce citlivá analýza LNP komponent v čistých a biologických matricích
• Dodatečná dimenze iontové mobility poskytuje CCS data pro lepší charakterizaci a potlačení rušivých signálů
• Vhodné pro vývoj, kontrolu kvality a validaci mRNA vakcín a terapeutik

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření aplikace na různé typy lipidových systémů a nanoformulací
• Automatizace přípravy vzorků a vysokopropustné platformy pro rutinní provoz v průmyslových laboratořích
• Integrace strojového učení pro analýzu 4D dat a prediktivní modelování stability a distribuce LNP
• Nasazení v klinických studiích pro farmakokinetiku a biodistribuci mRNA léčiv

Závěr
Implementace Elute-timsTOF Pro 2 s VIP-HESI zdrojem přináší multidimenzionální rozlišení LNP komponent, výrazně zvyšuje citlivost detekce a umožňuje spolehlivou analýzu i v složitých biologických vzorcích. Metoda otevírá nové možnosti pro vývoj a kontrolu kvality mRNA léčiv.

Reference

1. Anderson EJ et al Safety and immunogenicity of SARS-CoV-2 mRNA-1273 vaccine in older adults N Engl J Med 2020 383 2427–2438
2. Polack FP et al Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 vaccine N Engl J Med 2020 383 2603–2615
3. Hajj KA Whitehead KA Tools for translation non-viral materials for therapeutic mRNA delivery Nat Rev Mater 2017 2 17056
4. Koltover I Salditt T Rädler JO Safinya CR An inverted hexagonal phase of cationic liposome DNA complexes related to DNA release and delivery Science 1998 281 78–81
5. Felgner J Martin M Tsai Y Felgner PL Cationic lipid mediated transfection in mammalian cells Lipofection J Tissue Cult Methods 1993 15 63–68
6. Meng C Chen Z Li G Welte T Shen H Nanoplatforms for mRNA therapeutics Adv Ther 2021 4 2000099