LNP 的 EE% 测定省掉表面活性剂裂解,结果与传统方法一致

LNP 的 EE% 测定省掉表面活性剂裂解,结果与传统方法一致

传统流程先逐个跑 DLS,再做全套 RiboGreen EE% 测定:两套标准曲线、两组稀释样品、表面活性剂裂解、孵育、防气泡。粒径加 EE%,12 个样品做一遍要 266 次移液、不到 70 分钟手动操作,总时间 ~120 min。Stunner 的 Unmix 可以从光谱中扣除 LNP 的浊度贡献,直接测总 RNA,不需要表面活性剂。只保留 RiboGreen 测游离 RNA 的部分,移液降到 114 次,手动操作不到 20 分钟,总时间 35 分钟。这个混合方法在 PolyA 筛选和 FLuc mRNA 生产两组实验中都做了验证。

传统 RiboGreen EE% 测定为什么费时

RiboGreen 或 SYBR Gold 与 RNA 结合后荧光增强,以此定量。测 EE% 需要两步:游离 RNA 用染料 + 空白缓冲液稀释后测;总 RNA 要先加表面活性剂(通常是 Triton X-100)裂解 LNP 释放 RNA,再加染料测。两步各自需要独立的标准曲线和空白,因为 Triton X-100 本身有荧光背景。

样品不能有气泡(否则要拿针头逐个戳掉),表面活性剂加完要孵育,染料加完还要再孵育。一块 96 孔板做 12 个样品(每个样品双孔重复),266 次移液,花费 $50+ 的染料,一个熟练操作员做完这块板也要接近 1 小时。要加样品,整套标准曲线和空白都得重新做。

混合方法:Stunner 测总 RNA,RiboGreen 只测游离 RNA

Stunner 的 RNA-LNP 应用用 Unmix 算法从 LNP 总光谱中拆出 RNA 的吸收贡献,不需要表面活性剂裂解颗粒。同时 RADLS(旋转角度动态光散射)测粒径、PDI 和颗粒浓度。2 µL 原液直测,5 分钟加完 12 个样品。

这样就省去了传统流程中测总 RNA 的那一半:不用配表面活性剂、不用担心气泡、不用做总 RNA 的标准曲线和空白。只保留 RiboGreen 测游离 RNA 的部分(加染料到稀释样品,一套标准曲线)。Stunner 跑总 RNA 的同时可以准备 RiboGreen 板,两边同时进行。

EE% 公式不变:EE% = (总 RNA − 游离 RNA) / 总 RNA × 100。

Stunner RNA-LNP 应用的 Unmix 拆分:RNA(绿色)、浊度(灰色)、脂质/缓冲液(蓝色)。黑色 = 扣除浊度后的总光谱。不需要裂解。

混合方法(Stunner + 简化 RiboGreen)

Stunner(粒径 + 总 RNA)35 min 总 / 5 min 手动简化 RiboGreen(游离 RNA)15 min 总 / 12 min 手动

> 合计35 min / <20 min 手动

传统方法(逐个 DLS + 全套染料法)

逐个 DLS60+ min / 30–60 min 手动全套染料法 EE%45–60 min / 40 min 手动合计~120 min / <70 min 手动

12 个样品,含粒径、总 RNA、EE%。混合方法中 Stunner 和 RiboGreen 可同时进行。

PolyA 筛选:3 种配方 × 2 种缓冲液

3 种 LNP 配方(LNP-X、LNP-Y、LNP-Z)在 Sunscreen 上制备,各做两次重复。分别用 20 mM 柠檬酸和 20 mM 乙酸(pH 4.0)两种反应缓冲液,PolyA 作为低成本 RNA 替代物。透析到 PBS 1X 后上 Stunner。

粒径和颗粒浓度

乙酸缓冲液在三种配方中都产生更小的颗粒(LNP-X 差异较小)。LNP-Z 在乙酸缓冲液中 Z-average 不到柠檬酸的一半,PDI 也更低。所有样品 PDI 均小于 0.2,粒径均在 100 nm 以下(LNP-Y 和 LNP-Z 在柠檬酸中除外)。透析后颗粒浓度约 9×10¹¹ particles/mL。LNP-Z 柠檬酸组的颗粒大,同样的物料组装出的颗粒更少,所以浓度明显低于其他组。

三种 LNP 在两种缓冲液中的 Z-average 和 PDI。两次重复。

颗粒浓度。LNP-Z 柠檬酸组因粒径大,浓度大幅偏低。两次重复。

总 RNA 和 EE%

PolyA 样品使用了基于 PolyA 序列的自定义 RNA 分析物(analyte)来优化 Unmix 拆分。两种方法测得的 EE% 通常相差不到 1%。LNP-Z 在两种缓冲液中的总 RNA 浓度都高于另两种配方。它在柠檬酸缓冲液中 EE% 最低,两种方法测得的都在 90% 以下,其余各组都在 90% 以上。

Stunner(绿色)和 RiboGreen(灰色)测得的总 PolyA 浓度。两次重复。

混合法和标准 RiboGreen 法测得的 EE%。两次重复。

FLuc mRNA 生产:精密度、EE% 和工艺收率追踪

PolyA 筛选确定了最佳缓冲液(20 mM 乙酸)后,三种配方改用 FLuc(萤火虫荧光素酶)mRNA 做正式生产。Stunner 的 RNA 分析物设为 2 kb。

粒径和定量精密度

三种 LNP 的 PDI 均 ≤ 0.2,粒径分布窄。Stunner 三次测量重复的总 RNA CV 小于 1%,RiboGreen 双孔重复的 CV 在 0.2–5.2% 之间,所以 Stunner 这一侧的重复性更好。

FLuc mRNA LNP 的粒径和 PDI。三次重复,误差线 = SD。

Stunner(绿色)和 RiboGreen(灰色)测得的总 RNA 浓度。Stunner CV &lt; 1%(三次重复),RiboGreen CV 0.2–5.2%(两次重复)。

EE% 和工艺收率

所有配方的 EE% 均超过 90%,LNP-Z 最低为 91%(混合方法测得)。

混合法和标准法测得的 EE%。所有配方 &gt; 90%,LNP-Z 最低 91%。

Stunner 还能追踪工艺全程的 RNA 浓度变化:从投料水相 → 初始 LNP(未透析)→ 透析后 LNP。这部分只追踪了 LNP-Y 和 LNP-Z 两种配方。两者在混合步骤中浓度都下降约 25%,原因是水相与有机相按 3:1 混合后体积增大、样品被稀释,RNA 本身并没有损失。透析后,LNP-Z 保留了 98% 的 RNA(最终包封收率 85%),而 LNP-Y 又损失了 22%(最终包封收率 71%)。LNP-Y 在透析过程中有泄漏,配方或工艺有改进空间。

投料水相、初始 LNP 和透析后 LNP 的总 RNA 浓度。LNP-Z 透析保留 98%(最终包封收率 85%),LNP-Y 透析损失 22%(最终包封收率 71%)。

SOP 概要

LNP 制备(Sunscreen)

透析:20K MWCO G3 Dialysis Cassettes (Thermo Fisher),PBS 1X,3 小时。

总 RNA(Stunner):软件选择 nanoparticles 测量类型 → RNA-LNP 应用。非标准 RNA 构建体建议创建自定义 RNA 分析物(详见 Stunner 软件用户指南)。每个样品 2 µL,三次重复。

游离 RNA(简化 RiboGreen):取 10 µL 样品稀释到 240 µL TE 缓冲液中(96 孔板 Row A,13+ 样品时扩展到 Row D)。不需要表面活性剂、不需要总 RNA 的标准曲线和空白。

Stunner Plate 布局示例。绿色 = 样品位(三次重复)。

简化 RiboGreen 布局:Row A = 稀释样品。

RiboGreen 标准曲线布局。

省去表面活性剂裂解,EE% 与传统方法一致

Stunner 用 Unmix 扣除浊度后测总 RNA,取代了传统流程中的表面活性剂裂解和总 RNA 标准曲线。12 个样品加到 Stunner Plate 上只要 5 分钟(传统 DLS 逐个上样要 30–60 分钟)。简化后的 RiboGreen 只做游离 RNA,移液从 266 次降到 114 次,板准备从 45 分钟以上降到 15 分钟以内。

两组实验中,混合法和标准 RiboGreen 法得出的 EE% 结论相同:PolyA 筛选里 LNP-Z 柠檬酸组都最低,FLuc mRNA 的三种配方都超过 90%(混合方法测得)。Stunner 还能追踪从投料到透析后的 RNA 收率变化,可以用来定位哪个工艺步骤在损失 RNA 载荷。