メッセンジャーRNA脂質ナノ粒子の連続凍結乾燥により、より高い温度での貯蔵が可能になります

メッセンジャー RNA (mRNA) 脂質ナノ粒子 (LNP) は、新型コロナウイルス感染症ワクチン接種キャンペーン中に最前線に浮上しました。多大な成功にもかかわらず、mRNA ワクチンは現在極冷凍温度での保管が必要であり、そのため保管と流通が複雑になり、最終的には低・中所得国へのアクセスの低下につながっています。この課題について詳しく説明するために、我々は室温およびさらに高温での mRNA LNP の保存を可能にする方法として凍結乾燥を調査しました。より具体的には、我々はスピン凍結に基づく新しい連続凍結乾燥技術を検討しました。この技術には、乾燥時間が大幅に短縮され、プロセスと製品の品質管理が改善されるなど、古典的なバッチ凍結乾燥と比較していくつかの利点があります。ここでは、バッファーと mRNA LNP 配合物 (イオン化脂質と mRNA の重量比) がサイズ、形態、mRNA のカプセル化などの特性に及ぼす影響を評価することで、凍結乾燥中に役割を果たす変数について洞察を与えます。我々は、凍結乾燥中のmRNAの漏洩を防ぐには十分に高いイオン化脂質とmRNAの重量比が必要であること、またmRNA LNPの凍結乾燥にはPBSではなくリン酸塩とトリスが適切な緩衝液であることを見出した。また、最適に凍結乾燥した mRNA LNP の 4℃、22℃、および 37℃での安定性も研究し、凍結乾燥 mRNA LNP のトランスフェクション特性が少なくとも 12 週間維持されることを発見しました。私たちの知る限り、これは、最適に凍結乾燥された mRNA LNP がトランスフェクション特性を失うことなく、高温で数か月間安全に保存できることを実証した最初の研究です。

Messenger RNA (mRNA) lipid nanoparticles (LNPs) have emerged at the forefront during the COVID-19 vaccination campaign. Despite their tremendous success, mRNA vaccines currently require storage at deep freeze temperatures which complicates their storage and distribution, and ultimately leads to lower accessibility to low- and middle-income countries. To elaborate on this challenge, we investigated freeze-drying as a method to enable storage of mRNA LNPs at room- and even higher temperatures. More specifically, we explored a novel continuous freeze-drying technique based on spin-freezing, which has several advantages compared to classical batch freeze-drying including a much shorter drying time and improved process and product quality controlling. Here, we give insight into the variables that play a role during freeze-drying by evaluating the impact of the buffer and mRNA LNP formulation (ionizable lipid to mRNA weight ratio) on properties such as size, morphology and mRNA encapsulation. We found that a sufficiently high ionizable lipid to mRNA weight ratio was necessary to prevent leakage of mRNA during freeze-drying and that phosphate and Tris, but not PBS, were appropriate buffers for lyophilization of mRNA LNPs. We also studied the stability of optimally lyophilized mRNA LNPs at 4 °C, 22 °C, and 37 °C and found that transfection properties of lyophilized mRNA LNPs were maintained during at least 12 weeks. To our knowledge, this is the first study that demonstrates that optimally lyophilized mRNA LNPs can be safely stored at higher temperatures for months without losing their transfection properties.