Оптимизация технологических параметров получения липидных наночастиц как систем доставки лекарственных средств

Введение. Генная терапия активно развивается благодаря использованию мРНК-агентов для лечения и профилактики различных заболеваний. Для проявления терапевтического эффекта необходимо доставить мРНК в клетки-мишени и вызвать синтез целевых белков. Основные задачи включают разработку безопасных и эффективных систем доставки. Критическими показателями качества для липидных наночастиц (ЛНЧ) являются средний размер частиц, индекс полидисперсности и значение ζ-потенциала.

Цель. Изучение и оптимизация условий сборки липидных наночастиц для управления их основными характеристиками.

Материалы и методы. Ионизируемый липид гептадекан-9ил(Z)-N-((4-диметиламино)бутил)тио)карбонил)-N-(2-(нон-2-ен-1-илокси)-2-оксоэтил)глицинат (ИЛ) и хелперные липиды – дипальмитоилглицерофосфат (DPPC), холестерол и a-(3’-[1,2-ди(миристилокси)пропанокси]карбониламино}пропил)-w-метоксиполиоксиэтилен (DMG-PEG2000). Растворители: абсолютный спирт, вода очищенная. Буферные растворы: ацетатный буферный раствор (рН 4,5), фосфатный буферный раствор (рН 7,4). Оборудование: микрофлюидная установка Dolomite (Dolomite Microfluidics, Великобритания), Y-образный полимерный микрофлюидный чип с пассивным микромиксером типа «катушка Тесла», анализатор наноразмерных частиц Nanosizer Zeta Pro (ООО «Микротрак», Россия).

Результаты и обсуждение. В рамках исследования было изучено воздействие критических параметров процесса, таких как общая скорость потока (ОСП) и соотношение скоростей потоков (ССП) на свойства ЛНЧ. Были проанализированы такие характеристики, как гидродинамический диаметр (Z-average), средний диаметр частиц (D50), индекс полидисперсности (ИПД, PDI) и ζ-потенциал. Исследование подтверждает, что при увеличении ССП средний гидродинамический и медианный размер частиц уменьшается. Увеличение ОСП также уменьшает гидродинамический и медианный размер частиц за счет гидродинамической фокусировки, но при ОСП = 3200 мкл/мин размер частиц увеличивается из-за снижения стабильности наноэмульсии и агрегации мелких частиц. В исследовании не выявлена прямая зависимость между FRR и ИПД. Наноэмульсии с ССП 1 : 3 и 1 : 4 показали наибольшую однородность. При увеличении ОСП полидисперсность наночастиц снижается. В исследовании не обнаружена зависимость ζ-потенциала липидных наночастиц от оцениваемых параметров процесса. Однако с увеличением ОСП наблюдается тенденция к повышению ζ-потенциала.

Заключение. В исследовании были оптимизированы условия сборки липидных наночастиц (ЛНЧ) с помощью микрофлюидного метода. Предложены математические модели для управления характеристиками наночастиц. Оптимальные условия получения ЛНЧ: ССП = 1 : 3; 1 : 4; ОСП от 2000 до 3000 мкл/мин. При использовании ССП = 1 : 5 и/или ОСП > 3000 мкл/мин показатели могут выйти за пределы оптимального диапазона, что требует дополнительной оценки рисков.

1. Hou X., Zaks T., Langer R. Dong Y. Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nature Reviews Materials. 2021;6:1078–1094. DOI: 10.1038/s41578-021-00358-0.

2. Zhu X., Tao W., Liu D., Wu J., Guo Z., Ji X., Bharwani Z., Zhao L., Zhao X., Farokhzad O. C., Shi J. Surface De-PEG-ylation Controls Nanoparticle-Mediated siRNA Delivery In Vitro and In Vivo. Theranostics. 2017;7(7):1990–2002. DOI: 10.7150/thno.18136.

3. Осочук С. С., Коцур Ю. М., Пожарицкая О. Н., Флисюк Е. В., Смехова И. Е., Малков С. Д., Зарифи К. О., Титович И. А., Красова Е. К., Шиков А. Н. Липосомы – метаболически активные транспортные системы лекарственных средств: классификация, составные компоненты, способы изготовления и стабилизации. Часть 1. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2024;13(4):60–77. DOI: 10.33380/2305-2066-2024-13-4-1867.

4. Osouli-Bostanabad K., Pulig S., Serrano D. R., Bucchi A., Halbert G., Lalatsa A. Microfluidic Manufacture of Lipid-Based Nanomedicines. Pharmaceutics. 2022;14(9):1940. DOI: 10.3390/pharmaceutics14091940.

5. Roces C. B., Lou G., Jain N., Abraham S., Thomas A., Halber G. W., Perrie Y. Manufacturing Consideration for the Development of Lipid Nanoparticles Using Microfluidics. Pharmaceutics. 2020;12(11):1095. DOI: 10.3390/pharmaceutics12111095.

6. Ripoll M., Martin E., Enot M., Robbe O., Rapisarda C., Nicolai M.-C., Deliot A., Tabeling P., Authelin J.-R., Nakach M., Wils P. Optimal self-assembly of lipid nanoparticles (LNP) in a ring micromicser. Scientific Reports. 2022;12:9483. DOI: 10.1038/s41598-022-13112-5.

7. Guimaraes P. P. G., Zhang R., Spektor R., Tan M., Chung A., Billingsley M. M., El-Mayta R., Riley R. S., Wang L., Wilson J. M., Mitchell M. J. Ionizable Lipid Nanoparticles Encapsulating Barcoded mRNA for Accelerated in Vivo Delivery Screening. Journal of Controlled Release. 2019;316;404–417. DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.10.028.

8. Palanki R., Han E. L., Murray A. M., Maganti R., Tang S., Swingle K. L., Kim D., Yamagata H., Safford H. C., Mrksich K., Peranteau W. H., Mitchell M. J. Optimized microfluidic formulation and organic excipients for improved lipid nanoparticlemediated genome editing. Lab on a Chip. 2024;24:3790–3801. DOI: 10.1039/D4LC00283K.

9. Hidayat A. F., Wardhana Y. W., Suwendar S., Mohammed A. F. A., Mahmoud S. A., Elamin K. M., Wathoni N. A Review on QbD-Driven Optimization of Lipid Nanoparticles for Oral Drug Delivery: From Framework to Formulation. International Journal of Nanomedicine. 2025;20:8611–8651. DOI: 10.2147/IJN.S534137.

10. Gimondi S., Ferreira H., Reis R. L., Neves N. M. Microfluidic Devices: A Tool for Nanoparticle Synthesis and Performance Evaluation. ACS Nano. 2023;17(15):14205–14228. DOI: 10.1021/acsnano.3c01117.

11. Nel A. E., Mädler L., Velegol D., Xia T., Hoek E. M. V., Somasundaran P., Klaessig F., Castranova V., Thompson M. Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface. Nature Materials. 2009;8(7):543–557. DOI: 10.1038/nmat2442.

12. Smith M. C., Crist R. M., Clogston J. D., McNeil S. E. Zeta potential: a case study of cationic, anionic, and neutral liposomes. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017;409(24):5779–5787. DOI: 10.1007/s00216-017-0527-z.

13. Ефремова У. А., Чугунова П. А., Поникаровская Е. С., Тернинко И. И. Подходы к контролю качества носителей лекарственных средств. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2025;14(3):108–122. DOI: 10.33380/2305-2066-2025-14-3-2075.

14. Schoenmaker L., Witzigmann D., Kulkarni J. A., Verbeke R., Kersten G., Jiskoot W., Crommelin D. J. A. mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. International Journal of Pharmaceutics. 2021;601:120586. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2021.20586.