Letter in PNAS zu Lipidnanopartikeln
Letter in PNAS zu Lipidnanopartikeln
Wir freuen uns über die Veröffentlichung unserer Studie „Revisiting lipid nanoparticle composition and structure: A critical take on simulation approaches“ (DOI: 10.1073/pnas.2422995122) als Letter in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Wir adressieren in dieser Arbeit kritisch die gängigen Simulationsansätze zur Untersuchung von Lipidnanopartikeln (LNPs).
Worum geht es?
Lipidnanopartikel spielen eine zentrale Rolle bei der zielgerichteten Abgabe von mRNA und anderen Wirkstoffen. Es ist bekannt, dass sich die Struktur dieser Partikel pH-abhängig verändert: Bei niedrigem pH dominieren protonierte Aminolipide, die zusammen mit Helferlipiden eine klassische Lipidmembran bilden, während bei höherem pH ein Reorganisation der Lipide bzw. Phasenumwandlung hin zu einer LNP-ähnlichen Struktur mit einem hydrophoben Kern umgeben von einer Lipidmonoschicht erfolgt.
In unserer Arbeit wird ein kürzlich veröffentlichter Simulationsansatz (Garaizar et al.) kritisch hinterfragt, der – entgegen früherer Ergebnisse – nur minimale strukturelle Unterschiede zwischen sauren und neutralen Bedingungen zeigte. Wir zeigen, dass die Wahl des Simulationsensembles (NPzT, bei dem lediglich in einer Richtung der Druck gekoppelt wird) die natürliche Phasenumwandlung einschränkt. Dadurch entsteht ein unrealistisch hoher Ladungsaufbau im Nanopartikelkern, der energetisch nicht plausibel ist. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass bestimmte Simulationsmethoden systematisch die Plastizität von LNPs unterdrücken und damit zu fehlerhaften Interpretationen hinsichtlich Struktur und Funktion führen können.
Bedeutung und Ausblick
Unsere Untersuchung unterstreicht die Notwendigkeit, Simulationsansätze kritisch zu hinterfragen und gegebenenfalls anzupassen, um realitätsnahe Modelle der LNP-Struktur zu erhalten. Dies ist insbesondere relevant für die Optimierung von mRNA-Lieferungen in der Therapeutik. Die Ergebnisse unserer Studie eröffnen neue Perspektiven für die Weiterentwicklung von Simulationsansätzen, die den dynamischen Charakter von LNPs besser abbilden. Langfristig könnten diese Einsichten dazu beitragen, effizientere und sicherere Lipidnanopartikel für die medizinische Anwendung zu entwickeln.
Originalpublikation:
Marius F.W. Trollmann, Paolo Rossetti, Rainer A. Böckmann. Revisiting lipid nanoparticle composition and structure: A critical take on simulation approaches. PNAS 122(9) e2422995122 (2025)