Stability Study of mRNA - Lipid Nanoparticles under Different Formulation and Storage Conditions

Význam tématu

mRNA-lipidové nanočástice (LNP) se staly zásadní technologií pro doručování mRNA vakcín a terapeutik. Stabilita lipidové matrice zajišťuje ochranu mRNA před degradací, udržení optimálního poměru lipidů během skladování a maximální biologickou účinnost v cílových buňkách.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na vývoj robustní chromatograficko-hmotnostní (LC/MS) metody pro simultánní identifikaci a kvantifikaci hlavních lipidových složek LNP formulace. Cílem bylo:

• Optimalizovat separaci ionizovatelných aminolipidů, fosfolipidů, cholesterolu a PEG-lipidů.
• Ověřit linearitu, přesnost a reprodukovatelnost metody.
• Testovat stabilitu LNP ve formě čerstvě připravených i lyofilizovaných vzorků při různých teplotách a časech.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci lipidů byla využita kapalinová chromatografie s fenyl-hexyl křemíkovou fází a gradientem methanol/amoniový acetát versus acetonitril/amoniový acetát. Detekce probíhala pomocí hmotnostního spektrometru Q-TOF v pozitivním režimu ESI. Klíčové parametry:

• Chromatograf: Agilent 1290 Infinity II LC, kolonka Poroshell 120 Phenyl Hexyl 2,1×50 mm, 1,9 µm, 55 °C.
• Mobilní fáze A: 90 % MeOH v 10 mM amoniovém acetátu; B: 90 % ACN v 10 mM amoniovém acetátu; tok 0,4 mL/min.
• Gradient: 0–2 min 100 % A; 2–7 min přechod na 100 % B.
• MS detektor: Agilent 6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF; pozitivní ESI, rozsah m/z 110–1700, skenovací rychlost 8 spektr/s.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila vysokorozlišnou separaci a přesnou identifikaci sedmi klíčových lipidů (cholesterol, DOPE, DOTAP, DSPC, SM-102, ALC-0315, DMG-PEG 2K) s hmotnostnou odchylkou <2,5 ppm. Lineární oblast potvrdil korelační koeficient >0,99. Reprodukovatelnost retence i ploché píků se pohybovala pod 1 % RSD.
Stabilita non-lyofilizovaných LNP ukázala významné změny lipidového složení při skladování déle než jeden týden při −20 °C i −70 °C bez kryoprotektantů. Naproti tomu lyofilizované LNP suspendované v sacharóze či mannitolu si udržely původní molární poměr lipidů až po 12 týdnů i po opětovné rehydrataci, s výjimkou mírného poklesu DMG-PEG 2K při 4 °C po čtyřech týdnech.

Přínosy a praktické využití metody

Vyvinutá LC/MS analýza slouží jako spolehlivý nástroj pro certifikaci kvality LNP formulací ve farmaceutickém vývoji. Umožňuje:

• Rychlou kontrolu složení a konzistence výrobních šarží.
• Monitorování stability během optimalizace formulace i finálního skladování.
• Ověření účinnosti kryoprotektantů a lyofilizačních protokolů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj může zahrnovat integraci vysoce výkonných kapilárních systémů pro separaci menších vzorkových objemů, automatizované workflow pro vysokoobsahové screeningy a rozšíření metody o stanovení přítomných degradantů lipidů či interakcí lipid–mRNA. Rovněž se očekává aplikace v životaschopnostních testech a klinických studiích nových mRNA léčiv.

Závěr

Studie prokázala účinnost rychlé LC/MS metody pro komplexní testování složení a stability mRNA-LNP formulací. Lyofilizace s adekvátním kryoprotektantem výrazně prodlužuje stabilitu a zachovává požadovaný lipidový profil.

Reference

• Albertsen C.H., Kulkarni J.A., Witzigmann D. et al. The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Deliv. Rev. 188, 114416 (2022).
• Varache M., Ciancone M., Couffin A.-C. Development and validation of a novel UPLC-ELSD method for the assessment of lipid composition of nanomedicine formulation. Int. J. Pharm. 566, 11–23 (2019).