【LNP/AAV】脂质载体的生物物理表征方法

利用光散射和量热技术对用于疫苗和治 疗的病毒和脂质载体进行生物物理表征

作者：Natalia Markova, Stefan Cairns, Hanna Jankevics-Jones, Michael Kaszuba, Fanny Caputo and Jérémie Parot

近期，马尔文帕纳科应用科学家和挪威SINTEF工业生物技术和纳米医学部的科学家们在Vaccines杂志上发表一篇名为《利用光散射和量热技术对用于疫苗和治疗的病毒和脂质体进行生物物理表征》的文章。

文章对多种用于新型疫苗研发制造的病毒或非病毒载体的表征方法做了专业的介绍。文中所述多种无标记生物物理技术作为互补的分析工具可广泛用于AAV 和LNP的设计、表征和质量控制。且已经成功的用于表征AAV和LNP等药物载体的物理、化学属性，本文将对该项研究做简要介绍。

1引言

病毒载体和脂质纳米颗粒（LNP）的结构复杂性影响其功能和药物配方的成功性。这类分子被用作核酸（mRNA，DNA）的递送平台后，如何准确表征这些颗粒变得越来越重要。

在设计、产品开发和过程控制中，理化属性的表征和质量控制需要选择合适、互相补充的分析工具。选择合适的技术来监测样品需要考虑载体的性质、测量处于产品开发的哪个阶段、以及测量的目的。可靠的测量结果和对数据的充分解析依赖深厚的方法学专业知识和全面的数据分析方法。

这里，我们将介绍如何通过综合使用互相补充的、非标记生物物理技术，包括动态光散射（DLS）、多角度光散射（MADLS）、电泳光散射（ELS）、纳米颗粒跟踪分析（NTA）、多检测器SEC和差示扫描量热法（DSC），表征包裹mRNA的病毒载体和LNPs的理化属性。

2样品

使用病毒和非病毒载体样品，包括包裹mRNA的脂质纳米颗粒（mRNA-LNPs），脂质体和腺相关病毒（AAV）。

2测量内容与检测技术

Zetasizer Ultra

Zetasizer Ultra 纳米粒度及电位分析仪

Zetasizer Ultra 是快速而准确地测量颗粒和分子大小、颗粒电荷以及颗粒浓度的终 极伴侣，其拥有用于高分辨率粒度测量切角度无关的多角度动态光散射（MADLS）技术可以更深入地展现样品的颗粒分布，电泳光散射（ELS）技术可用于测量颗粒和分子的Zeta电位，以显示样品的稳定性和/或团聚倾向性。可以用于rAAV 颗粒的粒径及衣壳滴度的表征。

NanoSight NS300

Nanosight NS300 纳米颗粒跟踪分析仪

采用纳米粒子跟踪分析 (NTA) 技术，马尔文帕纳科NanoSight 这种独特的技术利用光散射和布朗运动的特性，获得纳米颗粒大小 0.01 - 1µm及颗粒浓度，以及实时表征蛋白质聚合(聚集)的解决方案。这使得 NTA成为病毒疫苗研究、纳米毒物学和生物标志物检测以及疾病状态研究的细胞外囊泡、外泌体表征的重要技术。

MicroCal PEAQ DSC

MicroCal PEAQ DSC差示扫描量热仪

差示扫描量热法（DSC）是一种功能强大的分析技术，用于表征和分析蛋白质和其他生物分子的热稳定性。

OMNISEC

OMNISEC 尺寸排阻色谱仪

OMNISEC是个多检测器SEC系统，包括示差检测器（RI）、紫外检测器（UV）、光散射检测器（LS）和粘度检测器（IV）。可以用于表征和研究附着在脂质纳米颗粒颗粒递送载体上的药物量以及产品的分子量和结构。

3测量案例展示

粒径分布测量

使用DLS、MADLS、NTA和SEC-SLS/UV/RI测量不同大小、不同粒径分布的样品。

样品：图A/B LNP1，C/D LNP2，E/F 脂质体，G/H AAV

颗粒浓度测量

使用MADLS、NTA和SEC-SLS/UV/RI。需要根据载体大小选择合适的技术，这也决定了可测量的浓度范围。

Zeta电位测量

Zeta电位可用于测量粒子在缓冲液/培养液中的电荷。下例是使用Zetasizer选配的MPT3滴定仪评估样品在pH 2.5-9.5范围内的行为。样品LNP1和LNP2的区别仅在于使用的可电离脂质不同，在pH 4.5-7区间可见二者的差异。

有效载荷比测量

使用SEC-SLS/UV/RI测量LNPs内mRNA的比率。

样品：a) LNP1；b) LNP2

热稳定性

下述DSC热谱图分别是（A）同一个LNP2样品取2份进行测量，展示了测量良好的可重复性（B）对比不同批次LNP2，结果差异较大（C）溶液中游离mRNA的结构转变和部分可逆性。

主要结论

1

互补和正交的分析技术是验证和/或洞察样品行为的重要工具。      

2

测量颗粒大小和浓度时，选择何种分析方法主要取决于载体的大小和粒度分布。同时，分析的目的也会影响分析方法的选择，比如是想了解样品自上一步骤以来是否发生了变化，还是样品中存在哪些低聚形态，每种形态占比多少？

3

Zeta电位可提供样品在缓冲液中的电荷信息，或是如本文案例中，用于了解使用不同脂质体的样品在一定pH范围内的差异。

4

 使用SEC-SLS/UV/RI系统的光散射和双浓度检测器进行样品的分离和分析，可分别量化脂质体和mRNA，如本文中测量的LNP中的mRNA质量百分比。

5

DSC可用于研究复杂LNP体系及其中组分如mRNA的热诱导结构转变。DSC热谱图可用作定性和定量的指纹图谱，用于样品批次一致性的分析。