Hassle-free nanoparticle characterization with Stunner

Význam tématu

Charakterizace nanočástic, včetně lipidových nanočástic (LNP), je klíčová pro vývoj cílených léčiv, vakcín a genových terapií. Stanovení koncentrace naložené látky (payload) a velikosti částic rozhoduje o účinnosti cílené dodávky a biodistribuci. Tradiční metody často vyžadují objemné vzorky, komplikované přípravy, barviva či chromatografii a neposkytují současně informace o velikosti i obsahu.

Cíle a přehled studie

Cílem předložené aplikace bylo demonstrovat schopnosti přístroje Stunner (Unchained Labs), který kombinuje krátkoprůchodovou UV/Vis spektroskopii a směrově rozptýlené světlo (DLS) pro rychlou, neinvazivní a vysoce průběžnou charakterizaci nanočástic. Studie hodnotila kvantifikaci RNA, DNA, proteinu a malých molekul (doxorubicin) přímo v nanočásticích a současné stanovení velikosti a polydisperzity.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• Stunner (Unchained Labs): kombinované měření UV/Vis a DLS, 2 μl vzorku, mikroobjemová formát 96 jamkových destiček.
• NanoAssemblr Ignite (Precision NanoSystems): mikrofluidní syntéza LNP složených z DOTAP:POPE:Chol:DMG-PEG v molárním poměru 50:10:38.5:1.5.
• Gold nanosphere standardy (nanoComposix) pro validaci DLS.

Protokoly:

• Příprava RNA-, DNA- a lysozymem naložených LNP s různými poměry N/P na pufrech citrát (pH 4) a PBS (pH 7.4).
• Příprava PEGylovaných liposomů s doxorubicinem (Avanti Polar Lipids) a kontrolních prázdných liposomů.
• UV/Vis spektroskopie s Unmix algoritmem pro dekonvoluci absorbance na příspěvky payload, turbidity a lipid/pufr.
• DLS měření hydrodynamického průměru a polydisperzního indexu s 4sekčními akvizicemi a vyplněním fyzikálních parametrů (viskozita, index lomu).

Hlavní výsledky a diskuse

• Kvantifikace RNA-LNP, DNA-LNP a protein-LNP vykázala lineární vztah mezi 2× ředěným sériovým ředěním a naměřenou koncentrací payload s R² > 0,99 a CV < 5 %.
• Absorbance lipidu & pufru při 230 nm rovněž poskytla lineární kalibraci (R² > 0,92–0,96).
• DLS validace pro hydrodynamický průměr pomocí 59 a 106 nm zlatých standardů: naměřené průměry v shodě s deklarovanými (± 3 nm), PDI standardů < 0,05.
• Různé poměry N/P vedly k rozdílům v náplni i velikosti: vzorky s vyšším N/P měly nižší průměr (90–100 nm) a vyšší polydisperzitu (PDI > 0,2) než vzorky s nižším N/P.
• Custom Nanoparticle aplikace pro doxorubicin: lineární kvantifikace DXR podle certifikátu (R² > 0,99, sklon ~1, průsečík ~0); narůstající podíl prázdných liposomů snižoval průměr a zvyšoval PDI.

Přínosy a praktické využití metody

• Simultánní, neinvazivní měření koncentrace payload a velikosti nanočástic v jednom kroku.
• Minimální objem vzorku (2 μl), vysoká throughput (až 96 vzorků/hod) a možnost automatizace v SBS formátu.
• Odstranění potřeby standardních křivek, barviv nebo destruktivních postupů s detergenty.
• Regulační kompatibilita (US/EU Pharmacopeia, 21 CFR Part 11).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databáze analyzovatelných spekter pro nové payloady a nestandardní složení nanočástic.
• Integrace do procesní analytické technologie (PAT) pro online monitorování výroby LNP ve farmaceutických linkách.
• Propojení dat UV/Vis-DLS s chromatografickými výsledky pro komplexní charakterizaci lipidového složení.
• Vývoj adaptivních a umělou inteligencí podpořených Unmix algoritmů pro složité vícekomponentní systémy.

Závěr

Platforma Stunner představuje inovativní a uživatelsky přívětivý přístup k charakterizaci nanočástic. Díky kombinaci UV/Vis spektroskopie a DLS nabízí rychlou, přesnou a neinvazivní metodu pro simultánní stanovení obsahu payload i velikosti částic s minimálním objemem vzorku a vysokou průchodností.

Reference

1. Roces C. et al. Pharmaceutics 2016;8(3):Rapid quantification and validation of lipid concentrations within liposomes.
2. Roces C. et al. Pharmaceutics 2020;12(11):Manufacturing considerations for the development of lipid nanoparticles using microfluidics.
3. Ribeiro L. et al. Scientific Reports 2018;8(1):Use of nanoparticle concentration as a tool to understand the structural properties of colloids.
4. Hussain M. et al. Pharmaceutics 2019;11(1):Comparative analysis of protein quantification methods for the rapid determination of protein loading in liposomal formulations.
5. Duong V. et al. Molecules 2020;25(20):Preparation of solid lipid nanoparticles and nanostructured lipid carriers for drug delivery and the effects of preparation parameters of solvent injection method.