Ионизация и структурные свойства липидных наночастиц мРНК влияют на экспрессию при внутримышечном и внутрисосудистом введении

Липидные наночастицы (ЛНЧ) используют для доставки siRNA и вакцин против COVID-19 на основе мРНК. Основным известным фактором, определяющим эффективность их доставки, считается pKa ЛНЧ, содержащих ионизируемый липид. В настоящей работе представлен метод, позволяющий прогнозировать pKa ЛНЧ по структуре ионизируемого липида. Для всесторонней оценки протонирования как ионизируемого липида, так и сформулированных ЛНЧ, использовали теоретические методы, ЯМР, связывание флуоресцентного красителя и электрофоретическую подвижность. pKa ионизируемого липида была на 2–3 единицы выше, чем pKa ЛНЧ, главным образом из-за различий энергии сольватации протона между ЛНЧ и водной средой. Эти результаты использовали для объяснения широкого диапазона эффективности доставки in vitro и in vivo при внутримышечном (ВМ) и внутрисосудистом (ВС) введении различных ионизируемых липидов при возрастающих соотношениях ионизируемого липида к мРНК в ЛНЧ. Кроме того, было установлено, что более отрицательно заряженные ЛНЧ сопровождаются более высокой внескелетной системной экспрессией мРНК в печени после внутримышечного введения. Нежелательную системную внескелетную экспрессию мРНК-вакцин на основе ЛНЧ можно уменьшить за счёт соответствующего дизайна ионизируемого липида и ЛНЧ.