Phospholipide können die Wechselwirkung zwischen LNPs und der Endosomenmembran signifikant verstärken

Das Forschungsteam nutzte die Förster-Resonanz-Energieübertragung (FRET)-Methode, um den Einfluss des Phospholipidgehalts auf die Wechselwirkung zwischen LNPs und der Endosomenmembran zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von Phospholipiden die Fusion mit der Endosomenmembran formulierungsabhängig deutlich erhöhte.

Phospholipide können die in vitro-Zelltransfektionseffizienz von LNPs steigern

Das Forschungsteam transfizierte HEK293- und Hela-Zellen mit Luciferase-mRNA unter Verwendung von LNPs mit unterschiedlichem Phospholipidgehalt. Durch Messung der durchschnittlichen Lumineszenzintensität wurde die Luciferaseaktivität bestimmt, was eine quantitative Abschätzung des endosomalen Entkommens und der mRNA-Transfektion sowie deren Expression in den Zellen ermöglichte. Die Ergebnisse zeigten, dass LNPs mit einem Phospholipidgehalt von 0 % eine geringere Transfektionseffizienz aufwiesen, während diese mit zunehmendem Phospholipidgehalt deutlich anstieg.

Abbildung 3: Vergleich der Transfektionseffizienz von Hela-Zellen mit LNPs unterschiedlicher Phospholipidgehalte [1]

Phospholipide können die mRNA-Transporteffizienz von SORT-LNPs im Körper erhöhen

Das Forschungsteam injizierte LNPs mit menschlichem Erythropoietin-mRNA und variierendem Phospholipidgehalt in C57BL/6-Mäuse im Alter von 6–8 Wochen und bewertete die Effizienz anhand der quantitativen Bestimmung der Proteinsekretion der transfizierten Zellen. Die Ergebnisse zeigten, dass mit zunehmendem Phospholipidgehalt die Transfektionseffizienz stieg. Es ist jedoch zu beachten, dass das optimale Phospholipidverhältnis formulierungsabhängig ist.

Abbildung 4: Vergleich der in vivo-mRNA-Transfektionseffizienz von LNPs mit unterschiedlichem Phospholipidgehalt [1]

Der Phospholipidgehalt beeinflusst die Morphologie der LNPs

Das Forschungsteam nutzte die Kryo-Elektronenmikroskopie, um anschaulich darzustellen, wie Phospholipide die Nanostruktur der LNP umgestalten.

Abbildung 5: Kryo-Elektronenmikroskopie-Bilder von LNP mit unterschiedlichem Phospholipidgehalt [1]

In den hepatischen SORT-LNPs führte die Anreicherung von Phospholipiden zur Bildung eines halbordentlichen Lipidkerns; diese nach außen hervorstehende Struktur könnte darauf hinweisen, dass die LNP über eine höhere Fusionsaktivität verfügt.

In den pulmonalen SORT-LNPs bewirkte der erhöhte Phospholipidgehalt einen Übergang von einer unregelmäßigen Monoschicht zu einer mehrschichtigen Vesikelstruktur, was möglicherweise die Exposition von SORT-Lipiden an der Partikeloberfläche beeinflusste.

In den splenischen SORT-LNPs waren die Partikel bei einem Phospholipidgehalt von 0 % scharfkantig und unregelmäßig, während die Zugabe von Phospholipiden ihre Form deutlich regularer und kugelförmiger machte und die Membranstabilität erhöhte.

Zusammenfassung

Diese Studie hat das Branchenverständnis über die Rolle von Phospholipiden in fortschrittlichen LNP-Transportsystemen grundlegend verändert. Phospholipide sind nicht nur „Hilfslipide“ zur Aufrechterhaltung der strukturellen Stabilität, sondern auch multifunktionale „molekulare Steuermänner“, die die Dynamik der Membranfusion, die Effizienz des endosomalen Entkommens, die zelluläre Aufnahme, die Nanostrukturform sowie schließlich die organspezifische Zielgerichtetheit der LNPs maßgeblich beeinflussen. Diese Forschung legt nahe, dass bei der Entwicklung der nächsten Generation von LNPs Phospholipide als entscheidenden funktionalen Designparameter betrachtet werden sollten – und nicht als passive strukturelle Komponente. Mit dem wachsenden Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen Lipiden wird die Entwicklung organspezifischer LNP-Therapien „nach Bedarf“ vom Konzept zur Realität gelangen.

Referenzen:

[1] Guerrero, Erick D et al. „Untersuchung der funktionellen Beiträge von Phospholipiden bei selektiv organzielnden Lipidnanopartikeln.“ Biomaterials, Band 326 (2026): 123671.

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