DSC en el desarrollo de liposomas y nanopartículas lipídicas

DSC se utiliza para monitorear transiciones temperatura-dependientes de orden-desorden, como el desdoblamiento de proteínas, transiciones de fase de gel a cristal líquido en lípidos o transiciones estructurales en ácidos nucleicos. Recientemente ha surgido como una técnica importante para la caracterización de liposomas y portadores de medicamentos basados en LNP, que son componentes de medicamentos de terapia génica y vacunas de tercera generación.

El termograma DSC proporciona información sobre los efectos de estabilidad de diferentes composiciones lipídicas del portador, así como su carga: medicamentos de moléculas pequeñas, proteínas o ácidos nucleicos. Las propiedades de los vectores basados en lípidos están determinadas por un complejo equilibrio de interacciones entre todos sus componentes. Un cambio en el perfil DSC puede revelar una disrupción o estabilización de la estructura del vector y puede utilizarse como un indicador de la calidad de la preparación. La variación del Tm respecto a su valor regular puede ser una indicación de contaminación de la muestra o una preparación inadecuada que resulte en una mezcla heterogénea de liposomas de diferentes tamaños o composiciones, como vesículas unilamelares y multilamelares. Por ejemplo, los liposomas de DPPC con diámetros menores a aproximadamente 35 nm tienen una principal transición Tm alrededor de 37°C; las vesículas más grandes ‘se derriten’ alrededor de 41°C. La transformación de bicapas lipídicas de cristal líquido en la fase de gel es exotérmica, lo que puede atribuirse a la formación de contactos de van der Waals en la fase de gel. Es probable que se formen menos de estos contactos (y por tanto un nivel de entalpía más alto) en SUV curvados que en LUVs [1].

Con LNP cargados con ARNm, el termograma DSC también refleja las interacciones estructurales entre el ácido nucleico y los componentes lipídicos. Los termogramas DSC superpuestos de un ARNm libre y el mismo ARNm encapsulado en dos LNP diferentes se muestran en la fig.1 

El pico para el ARNm libre muestra la estabilidad térmica (Tm) del ácido nucleico así como su entalpía (kcal/mol – área bajo el pico). La entalpía refleja la cantidad y energía de los enlaces intramoleculares que mantienen la estructura terciaria del ARNm. Los efectos de calor observados para las transiciones principales en ARNm-LNP1 y ARNm-LNP2 no pueden explicarse solo por el calor de transición del ARNm libre. El desplazamiento positivo considerable del Tm cuando el ARNm está encapsulado en un LNP indica la adición de interacciones estabilizadoras intermoleculares entre la molécula de ARNm y los lípidos catiónicos. El aumento cercano a 10 veces de la entalpía es una indicación de que estas interacciones son extensas [2]. 

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