Rapid Analysis of Lipid Nanoparticle Components Using BioAccord LC-MS System

Význam tématu

Metoda rychlé analýzy složek lipidových nanočástic (LNP) je klíčová pro kontrolu kvality mRNA vakcín a dalších terapií založených na lipidových nosičích. Správná identifikace a čistota lipidu ovlivňují stabilitu nosiče, účinnost doručení mRNA do cílových buněk a minimalizují riziko nežádoucích impurit.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat reverzní fázovou LC-MS metodu pro simultánní identifikaci a kvantifikaci čtyř klíčových lipidů LNP (ionizovatelný lipid MC3, DSPC, PEGylovaný lipid a cholesterol) a jejich možných nečistot. Metoda byla validována na standardních směsích a aplikována na komplexní bovinní jaterní lipidový extrakt.

Použitá metodika a instrumentace

• LC systém: BioAccord LC-MS System (ACQUITY UPLC I-Class PLUS, ACQUITY TUV Detector, ACQUITY RDa Detector).
• Kolona: ACQUITY Premier CSH C18 2.1×100 mm, 1.7 µm, teplota 55 °C.
• Mobile fáze: A – ACN/Voda/ammonium formát (0.1 % formiová kyselina), B – IPA/ACN/ammonium formát (0.1 % formiová kyselina), průtok 400 µL/min, gradientní eluce.
• MS podmínky: ESI pozitivní režim, full scan 50–2000 m/z, simultánní nízké (30 V) a fragmentační napětí (120–200 V), scan rate 10 Hz.
• Data management: UNIFI Scientific Information System pod platformou waters_connect pro automatizované získávání a zpracování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosahuje detekčního limitu 5 pg/µL (25 pg na kolonu) pro MC3, DSPC a PEGylovaný lipid a 250 pg/µL (1,25 ng na kolonu) pro cholesterol. Chromatografické rozlišení umožnilo pořadí eluce DMG-PEG-2000, cholesterol, MC3 a DSPC. Binární komparace referenčního a „unknown“ vzorku bovinního extraktu potvrdila schopnost odhalit nízkokoncentrované přídavky PEGylovaného lipidu a MC3. Metoda dále detekovala všechny hlavní třídy lipidů (DAG, TAG, PC, PE, PG, PS, PI, SM, Cer, CE) v komplexním extraktu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý, robustní a rutinní analytický postup pro vývoj a kontrolu kvality LNP.
• Simultánní sledování klíčových LNP složek a potenciálních degradantů či kontaminant.
• Integrované datové workflow v prostředí waters_connect umožňuje ucelenou správu výsledků a splnění regulačních požadavků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze rozšířit o kvantitativní analýzy podporované stabilními izotopovými interními standardy, o rozlišení lipidových izomerů pomocí iontové mobility či o aplikace pro nové ionizovatelné lipidy. Využití strojového učení v datové analýze může přispět k vyšší automatizaci a predikci kvality přípravných materiálů.

Závěr

Vyvinutá RP LC-MS metoda na BioAccord systému poskytuje citlivý, rychlý a reprodukovatelný nástroj pro komplexní analýzu složení LNP a impurit. Je vhodná pro vývoj, rutinní QC i komercializaci lipidových nanočástic.

Reference

1. Buschmann MD, Carrasco MJ, Alishetty S, Paige M, Gabriel Alameh M, Weissman D. Nanomaterial Delivery Systems for mRNA Vaccines. Vaccines. 2021;9:65.
2. Hassett K et al. Optimization of Lipid Nanoparticle for Intramuscular Administration of mRNA Vaccines. Mol Ther Nucleic Acids. 2019;15:1–11.
3. Kauffman K et al. Optimization of LNP Formulations for mRNA Delivery In Vivo with Fractional Factorial Designs. Nano Lett. 2015;15:7300–7306.
4. Li W, Szoka FC. Lipid-based Nanoparticles for Nucleic Acid Delivery. 2007;24(3):438–449.
5. Isaac G et al. Lipid Separation using UPLC with Charged Surface Hybrid Technology. Waters Application Note 720006959EN. 2020.
6. Damen CWN et al. Enhanced Lipid Isomer Separation using RP UPLC with Ion-Mobility/HRMS. J Lipid Res. 2014;55(8):1772–1783.
7. Mullin L et al. Building a UNIFI Scientific Library for HRMS Screening. Waters Application Note 720004927EN. 2014.