Wie XNApharma mit dem NanoScaler Pro maßgeschneiderte RNA-Formulierungen entwickelt
Als das KNAUER-Team Anfang März bei XNApharma in Gera zu Besuch war, ging es nicht nur um Theorie, sondern um etwas viel Spannenderes: funktionierende Lipid-Nanopartikel (LNPs) direkt im eigenen Labor entwickeln.
Ziel des Workshops war es, den NanoScaler Pro nicht nur kennenzulernen, sondern ihn direkt in unseren eigenen Projekten einzusetzen, konkret für die Formulierung von mRNA- und siRNA-basierten LNPs.
Hintergrund: LNPs verstehen und selbst herstellen
Der NanoScaler Pro ist ein automatisiertes System zur reproduzierbaren Herstellung und zum Screening von LNPs. Das Prinzip dahinter ist ebenso elegant wie effektiv:
- Lipide werden in einem organischen Lösungsmittel (z. B. Ethanol) gelöst
- Die RNA befindet sich in einer wässrigen Phase
- Beide Ströme treffen im sogenannten Impingement Jet Mixer (IJM) aufeinander
- Dabei entstehen innerhalb von Millisekunden Nanopartikel
Das Ergebnis: kontrollierbare Partikelgrößen, reproduzierbare Bedingungen und minimale API-Verluste
Für uns besonders wichtig: Die Möglichkeit, Parameter wie die Flussrate gezielt zu variieren und damit direkt Einfluss auf die Eigenschaften der LNPs zu nehmen.
Abb. 1 Flußschema desNanoScalers (R&D Modus) Graphic by ©KNAUER
Experiment 1: mRNA-Transfektion - Proof of Concept
Um das System zu testen, haben wir LNPs mit GFP-mRNA formuliert.
Die Idee: Wenn die Transfektion funktioniert, leuchten die Zellen grün.
Was wir variiert haben:
- Drei unterschiedliche Total Flow Rates (TFR): 7,5 / 10,0 / 12,5 mL/min
- Konstantes Verhältnis der Flüsse (FRR = 1:3)
Was wir gesehen haben:
- Nach 24 h:
– Keine sichtbare GFP-Expression - Nach 48 h:
– Klare GFP-Expression – abhängig von der Flussrate
– Beste Ergebnisse bei 12,5 mL/min
– Funktionierende Transfektion sogar noch nach 7 Tagen Lagerung der Partikel
Obere Abbildungen: Overlay (Hellfeld + GFP); untere Abbildungen: GFP fluorescence image
Partikelgröße: Ein entscheidender Parameter
Ein besonders spannender Zusammenhang zeigte sich zwischen Prozessparametern und Partikeleigenschaften: Mit steigender Flussrate entstanden kleinere und gleichzeitig stabilere Partikel.
Bei 12,5 mL/min lagen die Partikel initial bei etwa 94 nm und zeigten selbst nach sieben Tagen nur eine geringe Größenänderung (~107 nm).
Die Flussrate hat somit einen signifikanten Einfluss auf die Partikelgröße.
Gegenüberstellung der Partikelgrößenentwicklung unter Variation der Flussraten (EtOH < 1 %)
Experiment 2: siRNA - gleiche Strategie, neue Erkenntnisse
Im zweiten Schritt haben wir unsere firmeneigene CHMP-siRNA-Prodrug formuliert.
Links: LNP mit Lipidbestandteilen. Rechts: Schematische Darstellung des siRNA-Wirkmechanismus. Graphic by @XNAPharma
Die Erwartungen waren klar: funktionierendes Gene-Silencing.
Die ersten Ergebnisse waren zunächst ernüchternd: Kein signifikantes Silencing nachweisbar (48 h)
Zweiter Ansatz: Kleine Änderungen, großer Effekt
Doch anstatt es dabei zu belassen, haben wir den Versuch gezielt angepasst:
- Verwendung von 1 Woche gelagerten LNPs (4 °C)
- Transfektion in serumhaltigem Vollmedium statt OptiMEM®
Ergebnis: Signifikantes Gene-Silencing der CHMP-siRNA nachweisbar
Damit zeigt sich klar:
Nicht nur die Formulierung selbst, sondern auch Lagerung und die biologischen Rahmenbedingungen haben einen entscheidenden Einfluss auf die Wirksamkeit von LNPs.
Relative expression measurement of CHMP-siRNA encapsulated in LNP, normalized to a medium control
Was wir gelernt haben
Der Workshop war weit mehr als eine Geräteeinführung. Für uns ergeben sich konkrete Erkenntnisse:
- LNPs bleiben über mehrere Tage Lagerung stabil (< 200 nm) und funktional
- Die Wahl des Mediums kann die Transfektionseffizienz stark beeinflussen
- Erfolgreiches Gene-Silencing ist ein Zusammenspiel aus Partikeldesign, Prozessparametern und biologischem Setup
Und vielleicht am wichtigsten:
Wir können den gesamten Entwicklungsprozess nun selbst steuern und gezielt optimieren.
Von Screening zu Skalierung:
Ein großer Vorteil des NanoScaler Pro ist die Skalierbarkeit:
- Screening im kleinen Maßstab
- Übertragbarkeit auf größere Volumina
- Perspektive: in vivo-Studien
Unsere nächsten Schritte sind bereits klar definiert:
- Wiederholung und Optimierung der Formulierungen
- Erweiterte Stabilitätsstudien
- Anpassung von Partikelgröße und Zusammensetzung
- Etablierung von TFF zur Ethanolreduktion
- Vorbereitung präklinischer Studien
Dieser Gastbeitrag wurde von Johanna Sommermeyer von XNAPharma geschrieben.
Für weitere Informationen zu diesem Thema wenden Sie sich gern an: s.stephan@knauer.net
