DSC dans le développement de liposomes et de nanoparticules lipidiques

La DSC est utilisée pour surveiller les transitions d’ordre-désordre induites par la température, comme le dépliement des protéines, les transitions de phase de gel à cristallin liquide dans les lipides ou les transitions structurelles dans les acides nucléiques. Elle est récemment apparue comme une technique importante pour la caractérisation des liposomes et des LNPs, utilisés comme vecteurs de médicaments dans les thérapies géniques et les vaccins de troisième génération.

Le thermogramme obtenu par DSC fournit des informations sur les effets de stabilité des différentes compositions lipidiques du vecteur, ainsi que sur sa charge – médicaments à petite molécule, protéines ou acides nucléiques. Les propriétés des vecteurs à base de lipides sont déterminées par un équilibre complexe d’interactions entre tous leurs composants. Un changement du profil DSC peut révéler une déstabilisation ou une stabilisation de la structure du vecteur et peut être utilisé comme indicateur de la qualité de la préparation. Une variance du Tm par rapport à sa valeur régulière peut indiquer une contamination de l’échantillon ou une préparation incorrecte, entraînant un mélange hétérogène de liposomes de tailles ou compositions différentes, comme des vésicules unilamellaires et multilamellaires. Par exemple, les liposomes DPPC avec des diamètres inférieurs à environ 35 nm ont une transition principale Tm à environ 37°C ; les vésicules plus grandes « fondent » à environ 41°C. La transformation des bicouches lipidiques cristallines liquides en phase gel est exothermique, ce qui peut être attribué à la formation de contacts van der Waals en phase gel. Moins de ces contacts (donc un niveau d’enthalpie plus élevé) sont susceptibles de se former dans les véhicules subventriculaires que dans les LUVs [1].

Avec les LNPs chargés d’ARNm, le thermogramme DSC reflète également les interactions structurelles entre l’acide nucléique et les composants lipidiques. Les thermogrammes DSC superposés d’un ARNm libre et du même ARNm encapsulé dans deux LNPs différents sont montrés dans la fig.1 

Le pic pour l’ARNm libre montre la stabilité thermique (Tm) de l’acide nucléique ainsi que son enthalpie (kcal/mole – aire sous le pic). L’enthalpie reflète la quantité et l’énergie des liaisons intramoléculaires maintenant la structure tertiaire de l’ARNm. Les effets thermiques observés pour les transitions principales dans ARNm-LNP1 et ARNm-LNP2 ne peuvent être expliqués uniquement par la chaleur de transition de l’ARNm libre. Le décalage positif substantiel du Tm lorsque l’ARNm est encapsulé dans un LNP indique l’ajout d’interactions stabilisatrices intermoléculaires entre la molécule d’ARNm et les lipides cationiques. La multiplication par près de 10 de l’enthalpie est une indication que ces interactions sont étendues [2].  

1. Chimie et Physique des Lipides, 64 (1993) 129-142
2. Vaccins (Bâle). 2022 Jan; 10(1): 49.