Monitoring and characterization of immune response to lipid nanoparticles delivering nucleic acids

Abstract

Lipid nanoparticles have become a necessary asset to modern medicine due to their role as efficient delivery systems for nucleic acid-based therapeutics. They enable rapid modulation of mRNA sequences, which puts them in advantage for a series of applications e.g., protein replacement, gene editing, immunotherapy. In this thesis, lipid nanoparticles with a proprietary ionizable adamantane-based lipidoid, XMaN6, were prepared and subsequently characterized, both biochemically and biologically. The work focused on describing the adaptive immune response elicited by XMaN6 lipid nanoparticles. These particles consistently exhibited an average size of up to 120 nm and achieved 90% entrapment efficiency for mRNA cargo. In vitro transfection experiments showed high efficacy in cell lines, lacking toxicity or interfering with mitochondrial function. Immune response analyses using human peripheral blood mononuclear cells isolated from buffy coats of healthy donors demonstrated an absence of undesired immune cell activation. Ovalbumin-based In vivo immunization model in C57BL/6 mice revealed no liver or blood cell toxicity. Upon administration of a booster dose on day 20 of immunization, a mild increase in interferon gamma levels was detected, correlating with enhanced T cell activation. This was accompanied...

Lipidové nanočástice se staly nepostradatelnou součástí moderní medicíny díky své všestrannosti jako účinné systémy pro doručování nukleových kyselin. Umožňují rychlou úpravu mRNA sekvencí, což je zvýhodňuje např. v terapiích založených na náhradě proteinů, genových úpravách a imunoterapii. V této diplomové práci byly připraveny a biochemicky i biologicky charakterizovány lipidové nanočástice s ionizovatelným lipidoidem na bázi adamantanu, XMaN6, objeveným v naší laboratoři. Hlavním cílem bylo popsat vzniklou adaptivní imunitní odpověď po podání těchoto lipidových nanočástic. Tyto částice konzistentně vykazovaly průměrnou velikost do 120 nm a dosáhly 90 % účinnosti zabalení mRNA. In vitro transfekční experimenty prokázaly vysokou účinnost ve zkoumaných buněčných liniích bez prokázané toxicity a bez negativního vlivu na funkci mitochondrií. Lidské periferní mononukleární buňky krve izolované z krve zdravých dárců neodhalily nežádoucí efekt na imunitní buňky. In vivo imunizační model s použitím ovalbuminu u myšího kmene C57BL/6 neprokázal žádnou jaterní ani krevní toxicitu. Po podání posilující dávky 20. den imunizace byl detekován mírný nárůst hladin interferonu gama, který koreloval se zvýšenou aktivací T buněk. Posílená imunitní odpověď vedla k 30násobnému zvýšení koncentrace protilátek v krvi a k...