Desenvolvimento de DSC em lipossomas e nanopartículas lipídicas

DSC é usado para monitorar transições de ordem-desordem induzidas por temperatura, como desnaturação de proteínas, transições de fase de gel para líquido-cristalino em lipídios ou transições estruturais em ácidos nucleicos. Recentemente, emergiu como uma técnica importante para a caracterização de lipossomas e LNPs, que são componentes de medicamentos de terapia gênica e vacinas de terceira geração.

O termograma DSC fornece informações sobre os efeitos de estabilidade de diferentes composições lipídicas do transportador, bem como sua carga – medicamentos de pequenas moléculas, proteínas ou ácidos nucleicos. As propriedades de vetores à base de lipídios são determinadas por um equilíbrio complexo de interações entre todos os seus componentes. A alteração do perfil DSC pode revelar a ruptura ou estabilização da estrutura do vetor e pode ser usada como indicador da qualidade da preparação. A variação do Tm em relação ao seu valor regular pode indicar contaminação da amostra ou preparação inadequada, resultando em uma mistura heterogênea de lipossomas com tamanhos ou composições diferentes, como vesículas unilamelares e multilamelares. Por exemplo, lipossomas de DPPC com diâmetros menores que cerca de 35 nm têm Tm de transição principal em cerca de 37°C; vesículas maiores “derretem” em cerca de 41°C. A transformação de bicamadas lipidicas cristalinas-líquidas para a fase de gel é exotérmica, o que pode ser atribuído à formação de contatos de van der Waals na fase de gel. Menos desses contatos (então, níveis de entalpia mais altos) provavelmente são formados em SUVs curvas do que em LUVs [1].

Com LNPs carregados com mRNA, o termograma DSC também reflete as interações estruturais entre o ácido nucleico e os componentes lipídicos. Os termogramas DSC sobrepostos de um mRNA livre e o mesmo mRNA encapsulado em dois LNPs diferentes são mostrados na fig.1 

O pico para o mRNA livre mostra a estabilidade térmica (Tm) do ácido nucleico, bem como sua entalpia (kcal/mol – área sob o pico). A entalpia reflete a quantidade e energia das ligações intramoleculares que mantêm a estrutura terciária do mRNA. Os efeitos térmicos observados para as transições principais em mRNA-LNP1 e mRNA-LNP2 não podem ser explicados apenas pelo calor de transição do mRNA livre. O significativo deslocamento positivo do Tm quando o mRNA está encapsulado em um LNP aponta para a adição de interações estabilizadoras intermoleculares entre a molécula de mRNA e os lipídios catiônicos. O aumento de quase 10 vezes da entalpia é uma indicação de que essas interações são extensas [2].  

1. Chemistry and Physics of Lipids, 64 (1993) 129-142
2. Vaccines (Basel). 2022 Jan; 10(1): 49.