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Determination of the interior pH of lipid nanoparticles using a pH-sensitive fluorescent dye-based DNA probe
Biosensors and Bioelectronics ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-01-24 , DOI: 10.1016/j.bios.2024.116065 Bin Zhao 1 , Albert Kamanzi 2 , Yao Zhang 3 , Karen Y T Chan 1 , Madelaine Robertson 1 , Sabrina Leslie 2 , Pieter R Cullis 1
Biosensors and Bioelectronics ( IF 10.7 ) Pub Date : 2024-01-24 , DOI: 10.1016/j.bios.2024.116065 Bin Zhao 1 , Albert Kamanzi 2 , Yao Zhang 3 , Karen Y T Chan 1 , Madelaine Robertson 1 , Sabrina Leslie 2 , Pieter R Cullis 1
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Lipid nanoparticles (LNPs) containing ionizable cationic lipids are proven delivery systems for therapeutic nucleic acids, such as small interfering RNA (siRNA). It is important to understand the relationship between the interior pH of LNPs and the pH of the external environment to understand LNP formulation and function. Here, we developed a simple and rapid approach for determining the pH of the LNP core using a pH-sensitive fluorescent dye-based DNA probe. LNP siRNA systems containing pH-responsive DNA probes (LNP-siRNA&DNA) were generated by rapid mixing of lipids in ethanol and pH 4 aqueous buffer containing siRNA and DNA probes. We demonstrated that DNA probes were readily encapsulated in LNP systems and were sequestered into an environment at a high concentration as evidenced by an inter-probe FRET signal. It was shown that the pH of LNP encapsulated probes closely follows the pH increase or decrease of the external environment. This indicates that the clinically approved LNP RNA systems with similar lipid compositions (e.g., Onpattro and Comirnaty) are highly permeable to protons and that the pH of the interior environment closely mirrors the external environment. The pH-dependent response of the probe in LNPs was also confirmed under buffer conditions at various pHs. Furthermore, we showed that the pH-sensitive DNA probe can be incorporated into LNP systems at levels that allow the pH response to be monitored at a single LNP level using convex lens-induced confinement (CLiC) confocal microscopy. Direct visualization of the internal pH of single particles with the fluorescent DNA probe was achieved by CLiC for LNP-siRNA&DNA systems formulated under both high and normal ionic strength conditions.
中文翻译：
使用 pH 敏感的基于荧光染料的 DNA 探针测定脂质纳米颗粒的内部 pH 值
含有可电离阳离子脂质的脂质纳米颗粒 (LNP) 是经过验证的治疗性核酸（例如小干扰 RNA (siRNA)）的递送系统。了解 LNP 内部 pH 值与外部环境 pH 值之间的关系对于了解 LNP 的配方和功能非常重要。在这里，我们开发了一种简单快速的方法，使用 pH 敏感的基于荧光染料的 DNA 探针测定 LNP 核心的 pH 值。含有 pH 响应性 DNA 探针的 LNP siRNA 系统 (LNP-siRNA&DNA) 是通过将脂质在乙醇和含有 siRNA 和 DNA 探针的 pH 4 水性缓冲液中快速混合而产生的。我们证明 DNA 探针很容易封装在 LNP 系统中，并以高浓度隔离在环境中，如探针间 FRET 信号所证明的那样。结果表明，LNP 封装探针的 pH 值密切跟随外部环境 pH 值的升高或降低。这表明临床批准的具有相似脂质成分的LNP RNA系统（例如Onpattro和Comirnaty）对质子具有高度渗透性，并且内部环境的pH值密切反映外部环境。 LNP 中探针的 pH 依赖性响应也在不同 pH 的缓冲条件下得到证实。此外，我们还表明，pH 敏感 DNA 探针可以合并到 LNP 系统中，其水平允许使用凸透镜诱导限制 (CLiC) 共焦显微镜在单个 LNP 水平上监测 pH 响应。对于在高离子强度和正常离子强度条件下配制的 LNP-siRNA&DNA 系统，通过 CLiC 实现了使用荧光 DNA 探针直接可视化单个颗粒的内部 pH 值。
更新日期：2024-01-24
中文翻译：
使用 pH 敏感的基于荧光染料的 DNA 探针测定脂质纳米颗粒的内部 pH 值
含有可电离阳离子脂质的脂质纳米颗粒 (LNP) 是经过验证的治疗性核酸（例如小干扰 RNA (siRNA)）的递送系统。了解 LNP 内部 pH 值与外部环境 pH 值之间的关系对于了解 LNP 的配方和功能非常重要。在这里，我们开发了一种简单快速的方法，使用 pH 敏感的基于荧光染料的 DNA 探针测定 LNP 核心的 pH 值。含有 pH 响应性 DNA 探针的 LNP siRNA 系统 (LNP-siRNA&DNA) 是通过将脂质在乙醇和含有 siRNA 和 DNA 探针的 pH 4 水性缓冲液中快速混合而产生的。我们证明 DNA 探针很容易封装在 LNP 系统中，并以高浓度隔离在环境中，如探针间 FRET 信号所证明的那样。结果表明，LNP 封装探针的 pH 值密切跟随外部环境 pH 值的升高或降低。这表明临床批准的具有相似脂质成分的LNP RNA系统（例如Onpattro和Comirnaty）对质子具有高度渗透性，并且内部环境的pH值密切反映外部环境。 LNP 中探针的 pH 依赖性响应也在不同 pH 的缓冲条件下得到证实。此外，我们还表明，pH 敏感 DNA 探针可以合并到 LNP 系统中，其水平允许使用凸透镜诱导限制 (CLiC) 共焦显微镜在单个 LNP 水平上监测 pH 响应。对于在高离子强度和正常离子强度条件下配制的 LNP-siRNA&DNA 系统，通过 CLiC 实现了使用荧光 DNA 探针直接可视化单个颗粒的内部 pH 值。
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