Nach dem Erfolg der mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19 sind Nukleinsäure-Therapien zu einem der wichtigsten Themen der modernen biomedizinischen Forschung geworden. Das Potenzial dieser Wirkstoffe geht weit über Impfstoffe hinaus und eröffnet neue Perspektiven für die Behandlung von Infektionen, genetischen Erkrankungen und verschiedenen Krebsarten. [1] Der Erfolg solcher Therapien hängt jedoch entscheidend davon ab, ob die therapeutischen Moleküle ihren Bestimmungsort im Körper erreichen. Genau hier kommt das sogenannte Drug Delivery ins Spiel.
Insbesondere RNA stellt Forscher vor große Herausforderungen. Sie ist empfindlich, wird im Körper rasch durch Enzyme abgebaut und kann Zellmembranen nicht eigenständig überwinden. Daher spielt die richtige Formulierung eine zentrale Rolle. [1] Einen entscheidenden Fortschritt brachten hierbei Lipid-Nanopartikel (LNPs), die bereits bei den mRNA-basierten COVID-19-Impfstoffen erfolgreich eingesetzt wurden. [2,3]
Dabei handelt es sich keineswegs um einfache Fetttröpfchen. LNPs sind hochentwickelte Nanostrukturen, die aus mehreren Lipidbestandteilen zusammengesetzt werden. Die Auswahl und Kombination dieser Lipide beeinflusst maßgeblich Stabilität, Verteilung im Organismus sowie die biologische Wirksamkeit. Gemeinsam bilden sie eine schützende Hülle für empfindliche Nukleinsäuren und ermöglichen deren sicheren Transport in Zielzellen. Unser Partner Cayman Chemical stellt hierfür ein umfangreiches Sortiment an Lipiden bereit, mit denen sich LNP-Formulierungen individuell an unterschiedliche Anwendungen und Biomoleküle anpassen lassen.
Eine typische LNP-Formulierung setzt sich aus ionisierbaren Lipiden und mehreren Hilfslipiden zusammen. Zu den Hilfslipiden zählen unter anderem Sterole, Glycerophospholipide sowie PEGylierte Lipide. [5,6] Jede dieser Komponenten trägt auf unterschiedliche Weise zur Struktur, Stabilität und Funktion der Nanopartikel bei. Durch die gezielte Kombination der Lipide lassen sich die Eigenschaften der LNPs exakt an die jeweilige Anwendung anpassen.
Neben der Lipidzusammensetzung beeinflussen weitere Faktoren die Leistungsfähigkeit der Partikel. Dazu zählen beispielsweise das Mengenverhältnis der eingesetzten Lipide, das Verhältnis von Lipiden zu Nukleinsäuren, das Stickstoff-Phosphat-Verhältnis (N:P), die pKa-Werte der ionisierbaren Lipide, die Partikelgröße sowie die Art der Verabreichung. [5] Diese Parameter wirken sich direkt auf Einkapselungseffizienz, Wirksamkeit, Verträglichkeit und Pharmakokinetik der Formulierung aus.
Ionisierbare kationische Lipide wurden entwickelt, um die Nachteile dauerhaft positiv geladener Lipide zu reduzieren. Ihre Ladung verändert sich abhängig vom pH-Wert. Unter sauren Bedingungen tragen sie eine positive Ladung und können dadurch effizient mit negativ geladenen Nukleinsäuren interagieren. Dies unterstützt die Verkapselung der Nukleinsäuren innerhalb der LNPs.
Bei physiologischem pH liegen diese Lipide hingegen weitgehend ungeladen vor. Dadurch werden unerwünschte Wechselwirkungen mit biologischen Strukturen reduziert, während der Transport der therapeutischen Fracht weiterhin gewährleistet bleibt. Diese Eigenschaft trägt wesentlich zur guten Verträglichkeit moderner LNP-Systeme bei. [5,6]
| Lipidname | Produktnummer | pKa-Wert des tertiären Amins
[5]
|
| 1,2-Dioleoyl-3-dimethylammonium-propane (DODAP) | Cay25726 | 5,59 |
| 1,2-Dioleyloxy-3-dimethylamino-propane (DODMA) | Cay15109 | 6,59 |
| ALC-0315 | Cay34337 | 6,09 |
| DLin-MC3-DMA | Cay34364 | 6,44 |
| DLin-KC2-DMA | Cay34363 | 6,70 |
| SM-102 | Cay33474 | 6,68 |
Schon gewusst?
SM-102-basierte Lipid-Nanopartikel haben sich aufgrund ihrer zuverlässigen und reproduzierbaren Performance als wichtiger Referenzstandard bei der Entwicklung neuer LNP-Formulierungen etabliert. In einem technischen Bericht von Cayman Chemical wurden über einen Zeitraum von zwölf Monaten unterschiedliche Formulierungen und Wirkstoff-Cargos untersucht, um die Leistungsfähigkeit dieser LNPs unter verschiedenen Bedingungen zu bewerten.
Sterollipide, insbesondere Cholesterin, gehören zu den zentralen Bausteinen vieler LNP-Formulierungen. Sie beeinflussen die Packungsdichte und Beweglichkeit der Lipidmembran und tragen dadurch zur Stabilisierung der Partikel bei. Zusätzlich können sie die Interaktion mit Zellmembranen verbessern und Prozesse wie die zelluläre Aufnahme oder den endosomalen Escape unterstützen. [5,6]
Bestimmte Cholesterin-Derivate, darunter 7α-Hydroxycholesterin, werden gezielt eingesetzt, um die Effizienz der Nukleinsäure-Übertragung weiter zu optimieren. [5]
| Lipidname | Produktnummer | Verfügbare Größen |
| Cholesterol | Cay9003100 | 100 g, 250 g |
| 7α-hydroxy Cholesterol | Cay20098 | 1 mg, 5 mg, 10 mg, 25 mg |
Glycerophospholipide zählen zur Gruppe der Phospholipide und bestehen aus einer hydrophilen Kopfgruppe sowie zwei hydrophoben Fettsäureketten, die an ein Glycerol-Gerüst gebunden sind. Die jeweilige Kopfgruppe bestimmt wichtige Eigenschaften der LNPs, darunter Oberflächencharakteristik und Ladungsverteilung. [5]
Neutral geladene Phospholipide können die Membranflexibilität sowie die Fusion mit Zellmembranen positiv beeinflussen. Dazu gehören unter anderem Phosphatidylcholin (PC) und Phosphatidylethanolamin (PE), die häufig in LNP-Rezepturen eingesetzt werden.
| Lipidname | Produktnummer | Verfügbare Größen |
| 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-PE (1,2-DOPE) | Cay15091 | 100 mg, 250 mg, 500 mg |
| 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-PC (1,2-DSCP) | Cay15100 | 250 mg, 500 mg, 1 g |
| 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-PC (1,2-DOPC) | Cay15098 | 250 mg, 500 mg, 1 g, 5 g |
| 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-glycero-3-PC (1,2-POPC) | Cay15102 | 100 mg, 250 mg, 500 mg |
| 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-glycero-3-PG (sodium salt) (1,2-POPG) | Cay15105 | 25 mg, 50 mg, 100 mg, 250 mg |
| 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-PS (sodium salt) (1,2-DOPS) | Cay29983 | 5 mg, 10 mg, 25 mg, 50 mg |
PEGylierte Lipide
PEGylierte Lipide spielen eine wichtige Rolle für die Stabilität und Zirkulationsdauer von LNPs. Sie reduzieren die Anlagerung von Proteinen an die Partikeloberfläche und können dadurch deren vorzeitige Entfernung durch das mononukleäre Phagozytensystem vermindern. [5,6]
Darüber hinaus besitzen einige PEGylierte Lipide funktionelle Endgruppen wie Amino- oder Maleimidgruppen. Diese ermöglichen die Kopplung zusätzlicher Moleküle, beispielsweise Liganden oder Targeting-Strukturen, um bestimmte Zelltypen gezielt anzusprechen. [5]
| Lipidname | Produktnummer | Verfügbare Größen |
| DMG-PEG(2000) | Cay33945 | 500 mg, 1 g |
| ALC-0159 | Cay34336 | 25 mg, 50 mg, 100 mg, 500 mg |
Lipid-Nanopartikel sind deutlich mehr als einfache Fettkügelchen. Erst das präzise Zusammenspiel unterschiedlicher Lipidkomponenten macht sie zu leistungsfähigen Transportplattformen für empfindliche Nukleinsäuren. Doch wie entstehen diese komplexen Nanopartikel eigentlich, und welche Technologien kommen bei ihrer Herstellung zum Einsatz? Mit diesen Fragen beschäftigt sich der zweite Teil unserer LNP-Serie.
Neugierig geworden?
Entdecken Sie das gesamte Portfolio von Cayman Chemical oder informieren Sie sich in unserem Blog über weitere spannende Entwicklungen rund um Lipid-Nanopartikel und moderne Drug-Delivery-Systeme.
Quellen
[1] Ogris, M., & Wagner, E. (2011). To be targeted: is the magic bullet concept a viable option for synthetic nucleic acid therapeutics?. Human gene therapy, 22(7), 799–807.
[2] https://www.merckgroup.com/de/research/science-space/envisioning-tomorrow/lipid-nanoparticles.html, 13.08.2026
[3] https://www.pharmazeutische-zeitung.de/sensible-molekuele-komplex-verpackt-123339/, 13.08.2026
[4] Mendes, B.B., Conniot, J., Avital, A. et al. Nanodelivery of nucleic acids. Nat Rev Methods Primers 2, 24 (2022).
[6] Hou, X., Zaks, T., Langer, R. et al. Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nat Rev Mater 6, 1078–1094 (2021).
Preview-Bild: https://www.caymanchem.com/lipid-nanoparticles