Pharma-SAXS: SAXS-Instrumentierung zur Strukturspektrum Aufklärung von Lipid-basierten Nanopharmazeutika an DESY PETRA-P12

Abstract

Ziel war die Installation eines weltweit neuartigen Kombinationsinstruments, am P12 in Hamburg, das die asymmetrische Fluss-Feld-Fluss-Fraktionierung (AF4) mit der Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) sowie optischen Methoden (MALS, UV) koppelt. Dadurch sollte die Analyse polydisperser Nanopartikelsysteme bezüglich Morphologie (μm-Bereich) und interner Nanostrukturen (nm-Bereich) ermöglicht werden. Nach der erfolgreichen technischen Realisierung der Kopplung im März 2023 lag der Schwerpunkt des Vorhabens auf der Entwicklung einer universellen Auswertemethodik in enger Kooperation mit dem EMBL Hamburg und der Firma Postnova. Als Pilotversuch konnten Lipoplexe, bereitgestellt von der Firma BioNTech, mit dem neuen System vermessen werden. Dabei gelang es "freie", ungebundene mRNA quantitativ von den Lipoplexpartikeln abzutrennen und diese zu charakterisiert. Im Folgenden wurde anhand von Polymerpartikeln und mRNA-LNPs eine harmonisierte Auswertemethodik erarbeitet und publiziert, die es ermöglicht, die Signale unterschiedlicher Streumethoden mit minimalen Annahmen zu kombinieren und so eine routinemäßige Datenanalyse zu gewährleisten. Die beschriebene Methodik erlaubt detaillierte, größenaufgelöste Bestimmung von Partikelzahl, Masse und Quantifizierung interner Strukturen. Des Weiteren wurden Untersuchungen von mRNA-LNPs in Bezug auf pH-abhängige Morphologieänderungen, sowie Bildung der "Protein-Corona" bei Kontakt mit biologischen Medien erfolgreich durchgeführt. Außerdem wurden kommerziell erhältliche Liposomale Amphotericin Produkte erfolgreich vermessen. Mit dem Abschluss des Projekts konnte ein Grundstein für ein tieferes Verständnis komplexer Nanocarrier-Systeme gelegt werden.