DSCによるリポソームおよび脂質ナノ粒子の開発

DSCは、タンパク質の展開、脂質のゲルから液晶相への転移、核酸の構造転移など、温度によって誘発される秩序-無秩序転移をモニターするために使用されます。最近では、遺伝子治療薬や第三世代ワクチンの成分であるリポソームおよびLNPsベースの薬物担体の特性評価において重要な手法として浮上しています。

DSC熱測定データは、担体の異なる脂質組成や、その負荷物-低分子薬物、タンパク質、または核酸の安定性効果に関する情報を提供します。脂質ベースのベクターの特性は、すべての成分間の相互作用の複雑なバランスによって決まります。DSCプロファイルの変化は、ベクター構造の破壊または安定化を示し、調製の品質の指標として使用できます。Tmの通常の値からのばらつきは、サンプルの汚染や調製の不備による異なるサイズまたは組成（単層小胞と多層小胞を含む）を持つリポソームの異質な混合物を示す可能性があります。例えば、約35 nm以下の直径を持つDPPCリポソームでは、主要な転移Tmは約37°Cであり、大きな小胞は約41°Cで「溶けます」。液晶脂質二重層からゲル相への変換は発熱性であり、ゲル相のファンデルワールス結合の形成によるものと考えられます。曲がったSUVよりもLUVsではそのような接触が少ない（したがってエンタルピー水準が高い）ことが予想されます [1]。

mRNAを搭載したLNPsの場合、DSC熱測定データは核酸と脂質成分の間の構造的相互作用を反映します。自由なmRNAと2つの異なるLNPでカプセル化された同じmRNAの重複DSC熱測定データが図1に示されています。

自由なmRNAのピークは、核酸の熱安定性（Tm）とそのエンタルピー（kcal/モル – ピーク下の領域）を示しています。エンタルピーは、mRNAの三次構造を維持する分子内結合の量とエネルギーを反映します。mRNA-LNP1およびmRNA-LNP2での主要な転移で観察される熱効果は、自由なmRNAの転移熱だけでは説明できません。mRNAがLNPに包まれるときのTmの大幅な正のずれは、mRNA分子とカチオン性脂質との間の分子間安定化相互作用の追加を示しています。エンタルピーの約10倍の増加は、これらの相互作用が広範囲であることを示しています [2]。 

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