RNA疫苗和其他核酸疗法通常包装在脂质纳米颗粒(LNP)中。MIT研究团队提出一种能够更快速、并精确控制颗粒尺寸和形状的制备方法,且可全自动运行,无需人工干预。
传统的LNP制备依赖于不等流速的高速混合——脂质溶于乙醇的流速约为mRNA溶液的三分之一,这种不等比例有助于形成载mRNA的颗粒,但无法提供对尺寸或形状的精确控制。MIT在去年《ACS Nano》发表的工作通过两步混合实现了尺寸调控:第一步以相等流速混合mRNA与脂质,随后在短暂延迟后加入缓冲液终止颗粒生长。延迟时间越长,颗粒越大;而第二步缓冲液的浓度则决定颗粒形状,可将球形转变为类似鳄梨的椭圆形。
在最新的《ACS Nano》论文中,研究者进一步实现了全自动化。系统内置商用动态光散射(DLS)仪实时测量形成中的颗粒尺寸,依据预设目标自动调节延迟时间和缓冲配比。若测得尺寸偏差,闭环控制会即时校正参数,确保得到期望的尺寸。
该项目得益于MIT本科研究机会计划(UROP),数学、计算机科学和化工工程的本科生共同参与软件与硬件的集成开发。实验过程中收集的大量参数‑尺寸‑形状数据被用于训练机器学习模型,模型能够预测给定输入组合将产生的颗粒特征,从而大幅降低试验迭代次数。
颗粒尺寸对体内分布至关重要:相同配方下,150 nm与70 nm的LNP会在不同组织中富集,表现出截然不同的治疗效果。该技术已申请专利,并通过新创公司BIZON Labs进行商业化,获得MIT创业加速器delta v、美国食品药品监督管理局(FDA)以及美国国家癌症研究所(NCI)的资助。
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