标准 EE% 测定要用表面活性剂裂解 LNP,裂解又可能改变质粒构型,使 EE% 算不准。本文在 Sunscreen 上制备三批质粒 DNA 脂质纳米颗粒(pDNA-LNP),Stunner AF 不加表面活性剂,一次读取给出粒径、PDI、载荷浓度、EE% 和颗粒浓度。三批的 EE% 为 97 ± 0.9%,Z-average 粒径 115 ± 2.7 nm,PDI 0.15 ± 0.02。按透析前总 pDNA 计算,得率为 87 ± 5.6%。
pDNA 比 mRNA 便宜,运输也更方便,还能沿用相近的 LNP 配方1。难点在于 EE% 的测定。质粒 DNA 有不同构型(isoform),和荧光染料的结合不同,荧光输出也不同2。标准 EE% 测定要用表面活性剂裂解 LNP,而裂解可能改变载荷的构型。裂解前测游离 pDNA、裂解后测总 pDNA,同一条标准曲线未必对两者都准确,EE% 就可能算错。
Stunner AF 无需裂解:总 pDNA 用 UV/Vis 测定,pDNA 仍包封在颗粒中即可定量。荧光、UV/Vis 和 RADLS(旋转角度动态光散射)在同一块板上读取。荧光加 UV/Vis 测 EE% 的原理见 Stunner AF 不裂解测 LNP 包封效率和粒径。
LNP 在 Sunscreen 上用 Sunny 190X 芯片合成,平行做三批(LNP1–LNP3),配方和工艺参数见表 1。
项目:条件
脂质组成:SM-102 : DSPC : 胆固醇 : DMG PEG-2000 = 50 : 10 : 38.5 : 1.5
有机相:脂质 6.2 mg/mL,溶于乙醇
载荷:质粒 pAAV-Helper(GenScript)
水相:50 mM 醋酸缓冲液,pH 4;pDNA 终浓度 90 µg/mL
N/P 比:6.4
流速比(FRR):3:1(水相 : 有机相)
总流速(TFR):10 mL/min
后处理:4 °C 透析过夜,换入 1X PBS
表 1. pDNA-LNP 配方与制备参数
所有指标都测三复孔,用 Stunner AF 的 Nanoparticle EE 或 DNA-LNP 应用,扣水空白或用 auto-blanking。粒径、PDI、总 pDNA、游离 pDNA 和颗粒浓度都在透析后测定。
游离 pDNA:Unchained Master Mix 与 RiboGreen® 按 1:60 稀释,配成工作液。每个 LNP 样品或参比标准品取 5 µL,加入 20 µL 工作液中,测荧光。
总 pDNA:LNP 样品不稀释,取解卷积后的 A260,浓度因子 50 (ng/µL)·cm。Stunner AF 自动校正增色效应(hyperchromicity),即包封状态对 pDNA 紫外定量的影响。
EE% 与包封 pDNA:Stunner Analysis 软件取总 pDNA 和游离 pDNA 的中位数,自动计算。
粒径、PDI 和颗粒浓度:全部由 RADLS 采集,条件见表 2。Z-average 取最大角度 162° 下的值。颗粒浓度取数量分布中目标峰(PkOI,peak-of-interest)的值。
RADLS 参数:设置
缓冲液粘度:1.002 cP(20 °C)
缓冲液折射率:1.334(20 °C)
采集:默认:7 个角度,每角度 5 次采集,每次 1 秒
Z-average 取值角度:162°(最大角度)
颗粒浓度取值:数量分布的 PkOI
表 2. RADLS 采集与取值设置
表 3 汇总三批的均值 ± 标准差。
指标 / 三批均值 ± SD / 图
Z-average 粒径:三批均值 ± SD 115 ± 2.7 nm;图 Figure 2A
PDI:三批均值 ± SD 0.15 ± 0.02;图 Figure 2A
EE%:三批均值 ± SD 97 ± 0.9%;图 Figure 2B
包封 pDNA 浓度:三批均值 ± SD 38.8 ± 0.8 µg/mL;图 Figure 2C
颗粒浓度:三批均值 ± SD 8.0e10 ± 2.7e10 particles/mL;图 Figure 2D
表 3. 三批 pDNA-LNP(SM-102 配方,N/P 6.4)透析后在 Stunner AF 上的测定结果
Figure 2. Sunscreen 制备的三批 pDNA-LNP:Z-average 粒径(柱)和 PDI(黄点)(A)、EE%(B)、包封载荷浓度(C)、颗粒浓度(D)。误差棒为 Stunner AF 三复孔测定的标准差。
粒径和 PDI:本配方三批的 Z-average 粒径为 115 ± 2.7 nm,RSD 2.3%。PDI 为 0.15 ± 0.02,三批都低于 0.2,说明这批 pDNA-LNP 不含大聚集体。
EE% 和载荷:三批 EE% 都超过 96%,平均 97 ± 0.9%。包封 pDNA 浓度平均 38.8 ± 0.8 µg/mL。
颗粒浓度:单角度 DLS 只给粒径和多分散性,RADLS 还能测颗粒浓度,它和剂量、生物利用度、效力相关。三批平均 8.0e10 ± 2.7e10 particles/mL。Stunner AF 的 LNP 应用可以选单角度 DLS 快速测粒径,也可以选 RADLS 做更完整的表征。
得率和 EE% 是两个指标。得率用透析前的总 pDNA 均值,除以每批的预期产出浓度 67.5 µg/mL:
% 得率 = [总 pDNA] / [预期产出 pDNA] × 100
三批的得率都在 80% 以上,平均 87 ± 5.6%(Figure 3)。
Figure 3. Sunscreen 制备的三批 pDNA-LNP 的平均得率,误差棒为标准差。
用标准方法测 pDNA-LNP 的 EE%,可能要为裂解前后的 pDNA 各建一条荧光标准曲线。Stunner AF 用一个应用、一次读取,测出粒径、PDI、载荷浓度、EE% 和颗粒浓度,全程不裂解。
这组 pDNA-LNP 数据在 Stunner AF LNP 网络研讨会中也有讲解。