Characterization and quantification of lipid nanoparticle components and their degradants in vivo using an LC-HRAM MS platform

Význam tématu

Lipidové nanočástice (LNP) představují klíčovou platformu pro doručení terapeutických molekul, zejména mRNA. Precizní stanovení složek LNP a jejich metabolitů v biologických vzorcích je nezbytné pro optimalizaci clearance, minimalizaci toxicity a urychlení vývoje forem s požadovanou účinností. Metoda kombinuje citlivou kvantifikaci a charakterizaci degradantů v jediném běhu LC-MS.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout vysoce citlivou a selektivní LC-MS/MS metodu pro paralelní kvantifikaci pěti běžně používaných složek LNP (DOTMA, DMG PEG 2000, cholesterol, DSPC, DSPE) a identifikaci jejich degradantů v komplexním biologickém prostředí. Metodika byla ověřena ve vzorcích s bovinním jaterním extraktem, do kterého byly lipidy nasyceny v devíti koncentračních bodech.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly připraveny na základě spiknutí lipidových standardů do bovinního jaterního extraktu v koncentracích od 0,1 ng/mL do 1 μg/mL. Separace probíhala na UHPLC systému Vanquish Horizon s kolonkou Accucore C30 (2,1 × 150 mm, 2,6 μm) při teplotě 50 °C a průtoku 350 μL/min. Mobilní fáze A: 60 % ACN/40 % H2O s 10 mM formiátovým amonnem a 0,1 % difluorooctovou kyselinou, mobilní fáze B: 90 % IPA/10 % ACN s identickým přísadami.
Detekce byla realizována na Orbitrap Exploris 120 mass spectrometru s datově závislou MS/MS a následnou cílenou MS/MS akvizicí. K řízení a analýze dat sloužily softwary Chromeleon 7.2, Compound Discoverer 3.3 a LipidSearch 5.0.

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekční limity byly výrazně zlepšeny cílenou MS/MS akvizicí, což umožnilo stanovit DMG PEG 2000 až na 0,5 pg na kolonu, zatímco při plné MS akvizici nebyl pik detekován.
• Výborná linearita (R2 = 0,9995) byla potvrzena pro DOTMA v rozsahu čtyř dekád koncentračního rozmezí (0,1 ng/mL – 1 μg/mL).
• V komplexní matrici bovinního jaterního extraktu byly identifikovány oxidované degradanty DOTMA s chybou měřené hmotnosti pod 1 ppm a struktura DSPE byla jednoznačně potvrzena fragmentačním spektrem.
• Endogenní 18:0 Lyso PC byl spolehlivě detekován v hepatálním extraktu s chybou hmotnosti 1,3 ppm a sledován napříč různými injekčními objemy.
• Metoda umožňuje simultánní profilování neznámých metabolit a kvantifikaci cílených lipidů v jediném LC-MS běhu.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí rychlou a spolehlivou analýzu clearance složek LNP a jejich biodegradace v minimálním objemu vzorku. Je vhodná pro farmakokinetické studie, vývoj a kontrolu kvality LNP formulací, stejně jako pro QC/QC procesy v průmyslové a akademické sféře.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metody na širší spektrum ionizovatelných lipidských nosičů, automatizace workflow pro vysokoprůtokové screeningy a integrace s dalšími omickými přístupy. Vývoj nových softwarových nástrojů pro rychlejší interpretaci metabolických drah přispěje k hlubšímu porozumění biodistribuce LNP in vivo.

Závěr

Vyvinutá LC-HRAM MS/MS metoda prokazuje vysokou citlivost, selektivitu a robustnost při současné kvantifikaci a charakterizaci lipidových složek LNP a jejich degradantů. Metoda efektivně podporuje výzkum a vývoj LNP formulací v preklinických i klinických fázích.

Reference

1. Kiyonami R., Tautenhahn R., Du M., Lee S., Verovskaya E., Potter J. Characterization and quantification of lipid nanoparticle components and their degradants in vivo using an LC-HRAM MS platform. Thermo Fisher Scientific; 2022.