The Impact of Polyethylene Glycol Lipid Anchors on the Physicochemical Properties, Protein Corona, Function, and Biodistribution of Lipid Nanoparticles

体内分布 化学 聚乙二醇 纳米颗粒 PEG比率 粒径 纳米医学 药物输送 生物物理学 日冕(行星地质学) 毒品携带者 聚乙二醇化 化学稳定性 分散性 胶束 粒子(生态学) 纳米技术 化学工程 脂质双层 摩尔质量
作者
Chuan‐en Lu,Kai Liu,Audrey Gallud,Viktoriia Meklesh,Lisbeth Thorup Ravnkilde,Juna Manuel Santos,Filipa Dias Louro,Tasso Miliotis,Marco A. Alfonzo-Méndez,Joanna Rejman,Luca Panariello,Hanna M. G. Barriga,Molly M. Stevens,Fredrik Höök,Marianna Yanez Arteta,Johan Ulander,Suzy Jones,Alan Sabirsh
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (12): 9875-9890
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c19757
摘要

When introduced into biological systems, the function and biodistribution of lipid nanoparticles (LNPs) are affected by the biomolecular coronas they acquire. Corona composition is determined by the biophysical and chemical properties of the particles and the contents of the biofluids. Polyethylene glycol (PEG) polymers, anchored using lipids that partition into LNPs during formulation, are key to LNP stability in circulation. It is, however, not well-studied how different PEG-lipid anchors, with different acyl chain lengths, headgroup/linker chemistries, and desorption rates (PEG “shedding” from nanoparticles) can affect corona composition and LNP function. Here, we examined how common PEG-lipid anchors affect (1) in vivo biodistribution in C57BL/6 mice, (2) corona content (using mass spectrometry-based proteomics), (3) LNP biophysical characteristics (using single-particle automated Raman trapping analysis (SPARTAⓇ)), and (4) in vitro particle function (using cellular uptake and cargo delivery assays). Following nanoparticle formulation with clinically approved, commonly used PEG anchors, we found that the LNP biodistribution is strongly impacted, particularly in the liver, spleen, bone marrow, and lung. We then tested a wide range of lipid ratio combinations using high-throughput evaluation in vitro. Despite being minor LNP components (by molar ratio), the PEG-lipid anchors strongly impact the chemical characteristics, corona content, and particle function. These findings reveal structure–activity relationships between PEG-lipid anchor chemistry and functional LNP biodistribution, with implications for rational LNP design.
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