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Publicação
Development of a nebulization platform for the pulmonary delivery of RNA lipid nanoparticles
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Orientador(es)
Resumo(s)
RNA can be used for the treatment of respiratory diseases. Yet, delivery of RNA to the lungs via inhalation without its degradation is still a challenge. The present work studied the delivery of RNA encapsulated into lipid nanoparticles (LNPs) via inhalation using a vibrating mesh nebulizer.
Two nucleic acids were encapsulated in LNPs and used as proof of concept: tRNA and mRNA. Production of LNPs composed of DOTAP, DSPC, Cholesterol, DMG-PEG 2000, and DC-Chol was performed through microfluidics.
tRNA LNPs’ production was optimized to obtain a reproducible process. 19 batches were manufactured showing low variability between them regarding the key quality attributes particle size < 200 nm, PDI < 0.300, and encapsulation efficiency > 80 %. The stability post-production was evaluated under different storage conditions, being reported stable storage at 2-8 ºC up to 100 days.
To understand RNA LNPs stability and aerodynamic performance upon nebulization, a formulation screening was performed, comprising NaCl, PBS, Poloxamer 188, Tween 80, sucrose, and/or arginine. The formulation PBS with E %Tween 80 (W/V) containing tRNA encapsulated in LNPs presented the most favorable colloidal stability before and after nebulization. The good aerodynamic performance of the formulation proved its capacity to effectively deliver tRNA into the deep lungs.
The previous formulation was additionally tested for mRNA molecule. Its integrity was not compromised upon nebulization nor LNPs colloidal stability. The formulation complied with the referred quality attributes and showed an aerodynamic performance capable of delivering inhalable droplets of mRNA. Despite that, as the initial formulation was based on optimized tRNA LNPs (smaller RNA molecule), it should be further improved for mRNA.
This study pioneered a proof of concept for the delivery of mRNA and tRNA via inhalation through nebulized LNPs using a vibrating mesh nebulizer.
O RNA é uma molécula que pode ser usada no tratamento de doenças respiratórias, mas a capacidade de atingir os pulmões por inalação sem haver degradação é um desafio. O presente trabalho estudou a capacidade de RNA encapsulado em nanopartículas lipídicas (LNPs) ser inalado usando um nebulizador de malha vibratória (VMN). Neste trabalho, utilizaram-se e encapsularam-se dois tipos de RNA: tRNA e mRNA. Produziram-se LNPs compostas por DOTAP, DSPC, Colesterol, DMG-PEG 2000 e DC-Chol através de microfluídica. A produção de tRNA LNPs foi otimizada para obter um processo reprodutível. Produziram-se 19 com baixa variabilidade dos critérios de qualidade: tamanho de partícula < 200 nm, PDI < 0,300 e eficiência de encapsulação > 80 %. A estabilidade pós-produção foi avaliada para diferentes condições de armazenamento, onde se obteve estabilidade das LNPs até 100 dias a 2-8 ºC. Para compreender a estabilidade e o desempenho aerodinâmico após a nebulização, foram realizados testes com formulações com diferentes excipientes: NaCl, PBS, Poloxamer 188, Tween 80, sacarose e arginina. A formulação PBS com E % de Tween 80 (W/V) apresentou a estabilidade coloidal mais favorável antes e depois de nebulizada. O desempenho aerodinâmico desta formulação provou a sua capacidade para veicular tRNA nos pulmões com eficiência. A formulação anterior foi testada com mRNA onde ficou demonstrado que a sua integridade e a sua estabilidade coloidal não foram comprometidas após a nebulização. A formulação apresentou um desempenho aerodinâmico capaz de fornecer gotículas inaláveis contendo mRNA nos pulmões com eficiência. Apesar disso, como a formulação foi baseada em LNPs de tRNA (RNA de menor tamanho), o procedimento deverá ser otimizado para a molécula de mRNA Este estudo foi pioneiro na entrega de mRNA e tRNA através de nebulização usando um VMN.
O RNA é uma molécula que pode ser usada no tratamento de doenças respiratórias, mas a capacidade de atingir os pulmões por inalação sem haver degradação é um desafio. O presente trabalho estudou a capacidade de RNA encapsulado em nanopartículas lipídicas (LNPs) ser inalado usando um nebulizador de malha vibratória (VMN). Neste trabalho, utilizaram-se e encapsularam-se dois tipos de RNA: tRNA e mRNA. Produziram-se LNPs compostas por DOTAP, DSPC, Colesterol, DMG-PEG 2000 e DC-Chol através de microfluídica. A produção de tRNA LNPs foi otimizada para obter um processo reprodutível. Produziram-se 19 com baixa variabilidade dos critérios de qualidade: tamanho de partícula < 200 nm, PDI < 0,300 e eficiência de encapsulação > 80 %. A estabilidade pós-produção foi avaliada para diferentes condições de armazenamento, onde se obteve estabilidade das LNPs até 100 dias a 2-8 ºC. Para compreender a estabilidade e o desempenho aerodinâmico após a nebulização, foram realizados testes com formulações com diferentes excipientes: NaCl, PBS, Poloxamer 188, Tween 80, sacarose e arginina. A formulação PBS com E % de Tween 80 (W/V) apresentou a estabilidade coloidal mais favorável antes e depois de nebulizada. O desempenho aerodinâmico desta formulação provou a sua capacidade para veicular tRNA nos pulmões com eficiência. A formulação anterior foi testada com mRNA onde ficou demonstrado que a sua integridade e a sua estabilidade coloidal não foram comprometidas após a nebulização. A formulação apresentou um desempenho aerodinâmico capaz de fornecer gotículas inaláveis contendo mRNA nos pulmões com eficiência. Apesar disso, como a formulação foi baseada em LNPs de tRNA (RNA de menor tamanho), o procedimento deverá ser otimizado para a molécula de mRNA Este estudo foi pioneiro na entrega de mRNA e tRNA através de nebulização usando um VMN.
Descrição
Palavras-chave
Microfluidics Transfer RNA Messenger RNA Lipid nanoparticles Nebulization Aerodynamic performance