Key publications on the characterization of nanoparticle drug and gene delivery systems by FFF-MALS-DLS

Význam tématu

Asymetrická flow field–flow fracturation v kombinaci s multi-angle light scattering (MALS) a dynamic light scattering (DLS) představuje moderní a vysoce výkonnou platformu pro charakterizaci nanočástic používaných v dodávání léčiv a genové terapie. Precizní stanovení velikosti, rozdělení populací a stability nosičů je klíčové pro vývoj bezpečných a účinných nanofarmak.

Cíle a přehled studie / článku

Původní dokument přináší výběr klíčových publikací, které využívají kombinaci AF4-MALS-DLS k analýze různých typů nanoDDS, včetně lipidových nanočástic (liposomy, LNP), exozomů, polymerozomů, virus-like particles a adeno-asociovaných virů. Přehled shrnuje metodologii, hlavní výsledky a benchmarkové aplikace v preklinickém i klinickém výzkumu.

Použitá metodika a instrumentace

Standardní postupy zahrnují separaci nanočástic pomocí asymetrické flow field–flow fractionation (AF4), následnou detekci a charakterizaci pomocí:

• Multi-angle light scattering (MALS) pro určení molární hmotnosti a rozdělení velikostí
• Dynamic light scattering (DLS) pro hydrodynamický průměr
• UV/Vis detekci pro stanovení koncentrace
• Refraktometrickou detekci pro doplňkové informace o složení
• TEM a ES-DMA pro morfologii a elektrický náboj (pouze ve vybraných studiích)

Hlavní výsledky a diskuse

• Lipidové nanočástice: AF4-MALS-DLS umožňuje přesně sledovat velikostní spektrum i stabilitu liposomů a LNP, kvantifikovat enkapsulaci a uvolňování léčiva (Caputo et al., 2019; Hinna et al., 2016; Mildner et al., 2021).
• Exozomy: Metoda rozlišuje subpopulace exozomů dle velikosti (exomery vs. malé EV) a umožňuje lipidomickou analýzu frakcí z moči i plazmy (Zhang et al., 2018, 2019; Yang et al., 2017).
• Polymerozomy: AF4-MALS-DLS zachycuje difúzi nanočástic a enzymů skrze syntetickou membránu, pomáhá sledovat tvorbu a stabilitu polymerního nosiče (Gumz et al., 2019; Boye et al., 2010).
• Virus-like particles a AAV: Kvantifikace a klasifikace subpopulací VLP a reálných virových částic dle velikosti, molární hmotnosti a infektivity, což podporuje vývoj genových terapií (Pease et al., 2009; Bousse et al., 2013; Wei et al., 2007).
• Další aplikace: AF4-MALS-DLS se ukázala jako vhodný nástroj pro charakterizaci kovy–organických frameworků a klinicky relevantních dendrimerů (Roda et al., 2018; Sonzini et al., 2023).

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoce přesné size-profilování nanočástic v jednotlivých frakcích
• Kvantifikace enkapsulace léčiva a uvolňovacích kinetik
• Odhad stability formulací v různých podmínkách (teplota, pH, serum)
• Optimalizace výrobních procesů a zajištění kvality (QA/QC)
• Podpora preklinického a klinického vývoje nanomedicín

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace AF4-MALS-DLS s hmotnostní spektrometrií a mikrofluidními systémy pro online multi-parametrickou analýzu
• Standardizace metodik pro regulované prostředí nanomedicíny
• Využití strojového učení pro automatizovanou interpretaci frakčních dat
• Rozšíření na nové platformy nosičů (polymer/lipid/hybridní systémy)

Závěr

Kombinace AF4-MALS-DLS představuje univerzální a spolehlivou sadu metod pro detailní charakterizaci nanočástic v oblasti farmacie, genové terapie a pokročilých biotechnologií. Umožňuje robustní stanovení velikosti, složení a stability, což je klíčové pro další vývoj bezpečných a účinných nanonutričních systémů.

Reference

• Caputo F. et al. Mol. Pharm. 16(2), 756–767 (2019).
• Gioria S. et al. Nanomedicine (Lond) 13(5), 539–554 (2018).
• Mehn D. EU Nanomedicine Characterization Laboratory. EUNCL-PCC-022 (online).
• Caputo F. et al. J. Chromatogr. A 1635, 461767 (2021).
• Caputo F. et al. J. Controlled Release 299, 31–43 (2019).
• Hinna A.H. et al. J. Controlled Release 232, 228–237 (2016).
• Arifin D., Palmer A. Biotechnol. Prog. 19(6), 1798–1811 (2003).
• Mildner R. et al. Eur. J. Pharm. Biopharm. 163, 252–265 (2021).
• Parot J. et al. J. Controlled Release 320, 495–510 (2020).
• Wu B. et al. Anal. Chim. Acta 1127, 234–245 (2020).
• Zhang H., Lydem D. Nat. Protoc. 14(4), 1–19 (2019).
• Zhang H. et al. Nat. Cell Biol. 20, 332–343 (2018).
• Yang J.S. et al. Anal. Chem. 89(4), 2488–2496 (2017).
• Sitar S. et al. Anal. Chem. 87(18), 9225–9233 (2015).
• Petersen K.E. et al. Anal. Bioanal. Chem. 406(30), 7855–7866 (2014).
• Gumz H. et al. Adv. Sci. (2019).
• Boye S. et al. J. Chromatogr. A 1217(29), 4841–4849 (2010).
• Pease L.F. et al. Biotechnol. Bioeng. 102(3), 845–855 (2009).
• Citkowicz A., Petry H. Anal. Biochem. 376, 163–172 (2008).
• Chuan Y.P. et al. Biotechnol. Bioeng. 99(6), 1425–1433 (2008).
• L ipin D.I., Lua L.H.L., Middelberg A.P.J. J. Chromatogr. A 1190(1–2), 204–212 (2008).
• Bousse T. et al. J. Virol. Methods 193(2), 589–596 (2013).
• Wei Z. et al. J. Virol. Methods 144(1–2), 122–132 (2007).
• Roda B. et al. Anal. Bioanal. Chem. 410(21), 5245–5253 (2018).
• Sonzini S. et al. Int. J. Pharm. 637, 122905 (2023).