DSC를 리포좀 및 지질 나노입자 개발에 활용

DSC는 온도에 의해 유도되는 질서-무질서 전환을 모니터링하는 데 사용되며, 단백질 펼침, 겔에서 액정상 전환, 지질 내 또는 핵산의 구조적 전환과 같은 변화를 포함합니다. 최근 리포좀 특성화 및 LNP 기반 약물 전달체, 그리고 유전자 치료제 및 3세대 백신의 구성 요소로 중요한 기술로 떠올랐습니다.

DSC 열분석도는 전달체의 다양한 지질 조성이 안정성에 미치는 영향을 비롯하여, 작은 분자 약물, 단백질, 핵산 등의 하중에 대한 정보를 제공합니다. 지질 기반 벡터의 속성은 모든 구성 요소 간의 상호 작용의 복잡한 균형에 의해 결정됩니다. DSC 프로필의 변화는 벡터 구조의 붕괴 또는 안정화를 나타낼 수 있으며, 준비 품질의 지표로 사용할 수 있습니다. 정규 값과의 Tm의 차이는 샘플의 오염 또는 부적절한 준비로 인해 크기나 조성이 다른 리포좀의 이질 혼합물이 발생했음을 나타낼 수 있습니다. 예를 들어, 직경이 약 35 nm보다 작은 DPPC 리포좀은 약 37°C에서 주요 전이 Tm을 가지며, 큰 세포막 소낭은 약 41°C에서 ‘녹는다’고 합니다. 액정 지질 이중층이 겔 단계로 변환되는 것은 발열성이며, 이는 겔 단계의 반데르발스 접촉 형성에 기인할 수 있습니다. 곡면을 가진 작은 단일층 소포(SUV)에서는 이러한 접촉이 덜 형성될 가능성이 높습니다(따라서 더 높은 엔탈피 수준) [1].

mRNA가 로드된 LNP에서는 DSC 열분석도가 핵산과 지질 성분 간의 구조적 상호작용을 반영합니다. 자유 mRNA와 두 가지 다른 LNP에 캡슐화된 동일 mRNA의 중첩된 DSC 열분석도가 그림 1에 나타나 있습니다. 

자유 mRNA의 피크는 핵산의 열 안정성(Tm)과 엔탈피(피크 아래 면적 – kcal/mole)를 보여줍니다. 엔탈피는 mRNA의 삼차 구조를 유지하는 분자 내 결합의 양과 에너지를 반영합니다. mRNA-LNP1 및 mRNA-LNP2의 주요 전이에 대해 관찰된 열 효과는 자유 mRNA의 전이 열만으로는 설명할 수 없습니다. mRNA가 LNP에 캡슐화될 때의 상당한 양의 Tm 증가변동은 mRNA 분자와 양이온 지질들 사이의 안정화 상호 작용의 추가를 나타냅니다. 엔탈피의 거의 10배 증가 변동은 이러한 상호작용이 넓게 확장되어 있음을 시사합니다 [2].  

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