31P溶液と固体NMRからの脂質ナノ粒子の分子梱包の調査

脂質ナノ粒子（LNP）は、宿主細胞にオリゴヌクレオチド貨物を効率的に送達するために広く認識されている複雑な多成分システムです。LNPの分子特性に関する洞察を得ることは、効果的な設計と特性評価に不可欠です。ただし、分子レベルでの内部構造の分析は、重要な課題です。この研究では、LNPのリン脂質エンベロープに関する構造的および動的な情報を獲得するために、31pの核磁気共鳴（NMR）方法を導入します。具体的には、粒子内の31P化学シフト異方性（CSA）パラメーターがディストールオイルホスファチジルコリン（DSPC）脂質の分子アセンブリの敏感な指標として機能することを実証します。31p CSAを測定するための分析プロトコルが開発され、ソリューションNMRまたはソリッドステートNMRのいずれかを使用して実装でき、幅広いアクセシビリティと適応性を提供します。この方法の能力は、モデルDSPCリポソームと実際の医薬品LNP製剤の両方を使用して実証されています。さらに、この方法を使用して、特異的にLNP粒子、またはより一般的にはリン脂質ベースの送達システムのアセンブリに対する製剤プロセスと組成の影響を調査することができます。これにより、構造的均一性、バッチからバッチまでの再現性、粒子の安定性などの重要な医薬品特性を評価するための不可欠なツールになります。

Lipid nanoparticles (LNPs) are intricate multicomponent systems widely recognized for their efficient delivery of oligonucleotide cargo to host cells. Gaining insights into the molecular properties of LNPs is crucial for their effective design and characterization. However, analysis of their internal structure at the molecular level presents a significant challenge. This study introduces 31P nuclear magnetic resonance (NMR) methods to acquire structural and dynamic information about the phospholipid envelope of LNPs. Specifically, we demonstrate that the 31P chemical shift anisotropy (CSA) parameters serve as a sensitive indicator of the molecular assembly of distearoylphosphatidylcholine (DSPC) lipids within the particles. An analytical protocol for measuring 31P CSA is developed, which can be implemented using either solution NMR or solid-state NMR, offering wide accessibility and adaptability. The capability of this method is demonstrated using both model DSPC liposomes and real-world pharmaceutical LNP formulations. Furthermore, our method can be employed to investigate the impact of formulation processes and composition on the assembly of specifically LNP particles or, more generally, phospholipid-based delivery systems. This makes it an indispensable tool for evaluating critical pharmaceutical properties such as structural homogeneity, batch-to-batch reproducibility, and the stability of the particles.