测 LNP 里装了多少 payload,传统方法要裂解颗粒、加染料、跑标准曲线。粒径还得另上 DLS,而且一次只能测一个样品。Stunner 用 Unmix 从光谱中扣除浊度后定量 payload,DLS 同步测粒径,2 µL 原液不需要前处理。内置 RNA-LNP、DNA-LNP 和 Protein-LNP 应用覆盖三大 payload 类型。Custom Nanoparticle 应用再把范围扩到小分子药物,本文用阿霉素 PEG 化脂质体验证。
实验条件
LNP 脂质组成:DOTAP:POPE:Chol:DMG-PEG = 50:10:38.5:1.5(摩尔比),乙醇溶解。NanoAssemblr® Ignite 组装,TFR 12 mL/min,FRR 3:1(水相:有机相)。
RNA/DNA-LNP:N/P = 5、10、50,核酸溶于 100 mM 柠檬酸缓冲液 pH 4,终脂质浓度 4 mM。小牛肝脏 RNA 和小牛胸腺 DNA 经 10 kD MWCO 过滤。
Protein-LNP:溶菌酶,PBS 水相,终脂质 5 mM,制备后置换到 PBS pH 7.4。
DXR 脂质体:阿霉素 PEG 化脂质体,Avanti Polar Lipids(Alabaster, AL)。用 Stored Spectrum 建谱后以 Custom Nanoparticle 应用分析。
DLS 验证标准:Ultra Uniform PEG-carboxyl 金纳米颗粒,59 nm 和 106 nm,nanoComposix(San Diego, CA)。
所有 Stunner 测量:4 次重复,2 µL,PBS 空白,粘度 1.002,折射率 1.334(20 °C),DLS 4 采集 × 5 秒。
Stunner:UV/Vis + DLS 整合平台,2 µL 样品同时测载量浓度和粒径。
RNA-LNP 应用把 UV/Vis 总光谱拆分为 RNA、浊度和脂质/缓冲液三个组分。2 倍稀释系列下 RNA 定量线性 R² > 0.99,CV < 5%。脂质/缓冲液在 A230 的吸光度也与稀释因子线性相关(R² > 0.96)。由于 LNP 各组分的 UV 吸收与含量成正比,脂质吸光度可以补充传统 LC 方法加速脂质回收筛选。
(A)RNA-LNP 的 Unmix 光谱拆分。(B)N/P=5 的 2 倍稀释系列:RNA R² = 0.9985,脂质/缓冲液 A230 R² = 0.9696。误差线 ±1 SD。
三种 N/P 比使用相同微流控参数和脂质配方,RNA 含量与 N/P 比成反比:N/P=10 约为 N/P=5 的一半,N/P=50 约为 1/10。粒径也随 payload 量变化:N/P=5 最大(89.8 ± 0.4 nm),N/P=50 最小(65.6 ± 9.0 nm)。N/P=50 的 PDI(0.19)高于 N/P=5(0.12),说明低载量 LNP 的粒径分布更宽。
59 nm 金纳米颗粒标准测得 57 ± 2.1 nm(PDI 0.04),验证了 Stunner DLS 的尺寸准确度。
(A)RNA 浓度:N/P=5 为 107 ± 2.2,N/P=10 为 52.4 ± 3.4,N/P=50 为 10.4 ± 0.4 µg/mL。(B)粒径和 PDI。59 nm 金标准验证。误差线 ±1 SD。
DNA-LNP 应用拆分 DNA、浊度和脂质/缓冲液。2 倍稀释系列 DNA 定量 R² > 0.99,CV < 5%;脂质/缓冲液 A230 线性 R² > 0.92。
DNA 含量同样与 N/P 成反比:N/P=5 为 89.5 ± 4.2 µg/mL,N/P=10 为 41.2 ± 1.7,N/P=50 为 8.3 ± 0.6。粒径趋势和 RNA-LNP 相反:N/P=5 最小(51.9 ± 4.0 nm),N/P=50 最大(63.0 ± 6.8 nm)。N/P=50 的 PDI > 0.2(高度多分散),其他两组 PDI < 0.1。不过三组的 SD 较大,粒径差异不一定有统计学意义。
(A)DNA-LNP Unmix 光谱拆分。(B)N/P=5 的 2 倍稀释:DNA R² = 0.9964,脂质/缓冲液 A230 R² = 0.9287。误差线 ±1 SD。
(A)三种 N/P 比的 DNA 浓度。(B)粒径和 PDI。误差线 ±1 SD。
传统方法测脂质体中的蛋白载量通常需要比色染料或 HPLC 配合颗粒破裂,脂质还可能干扰比色信号,空颗粒对照和标准曲线都少不了。Stunner 的 Protein-LNP 应用利用蛋白在 280 nm 的吸收峰,结合 E1% 或消光系数,把蛋白贡献从浊度和脂质/缓冲液中拆开,不需要裂解、不需要对照。
溶菌酶 LNP 2 倍稀释系列:蛋白定量 R² > 0.99,CV < 5%;脂质/缓冲液 A230 线性 R² > 0.96。三种起始浓度(35、17.5、3.5 mg/mL)制备的 LNP 终蛋白浓度分别为 17.9 ± 0.2、8.6 ± 0.1 和 1.8 ± 0.02 mg/mL,各约为起始的 50%,载量与投料成正比。
粒径 90–100 nm,三组 PDI 均 > 0.2(高度多分散)。106 nm 金标准测得 104 ± 3.3 nm(PDI 0.08),验证了 DLS 准确度。
(A)Protein-LNP Unmix 拆分:蛋白(280 nm 峰)、浊度、脂质/缓冲液。(B)2 倍稀释:蛋白 R² = 0.9997,脂质/缓冲液 A230 R² = 0.9647。起始 3.5 mg/mL,误差线 ±1 SD。
(A)三种起始浓度的蛋白载量。(B)粒径和 PDI。106 nm 金标准验证。误差线 ±1 SD。
RNA、DNA 和蛋白质的光谱特征固定,Stunner 可以内置对应应用。但小分子药物的光谱各不相同。Custom Nanoparticle 应用的做法是:用 Stored Spectrum 功能存储 payload 的稀释系列光谱作为参考 Analyte。之后 Unmix 就能把原始光谱拆成 payload、浊度和颗粒/缓冲液三个组分,逻辑和内置应用完全一样。
Stored Spectrum 建谱流程:存储 payload 稀释系列光谱建立参考 Analyte → Custom Nanoparticle 应用拆分原始光谱为 payload(绿色)、浊度(灰色)和颗粒/缓冲液(蓝色)。不需要颗粒破裂。
将 DXR 脂质体和空对照脂质体按不同比例混合,配出不同的 DXR 浓度后上 Stunner。DXR 定量线性回归 y = 0.9584x + 0.0125,R² = 0.9996,斜率接近 1,截距接近 0。DXR 脂质体比空对照略大,PDI 略低。随着空对照比例增加,平均粒径下降、PDI 上升。粒径 CV 一般 < 2%,PDI 的 SD < 0.02。
(A)DXR 浓度实测 vs 目标值:y = 0.9584x + 0.0125,R² = 0.9996。(B)不同 DXR:对照比例下的粒径和 PDI。CV < 2%,PDI SD < 0.02。误差线 ±1 SD。
四种 payload 的载量定量 R² 均 > 0.99,载量、脂质吸光度和粒径/PDI 都来自同一个 2 µL 样品的同一次读取。差别只在参考光谱从哪来:RNA、DNA、蛋白质用内置应用,小分子药物先用 Stored Spectrum 建谱。脂质/缓冲液 A230 的线性弱一些:RNA 和蛋白 LNP 为 R² > 0.96,DNA-LNP 只有 R² > 0.92。所以它适合补充 LC 方法,做脂质回收的快速筛选,一板可测 96 个样品。