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DE102023001946A1 - Nanoparticles for the transport of active substances with anionic groups, processes for their preparation and their use - Google Patents

Nanoparticles for the transport of active substances with anionic groups, processes for their preparation and their use Download PDF

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DE102023001946A1
DE102023001946A1 DE102023001946.1A DE102023001946A DE102023001946A1 DE 102023001946 A1 DE102023001946 A1 DE 102023001946A1 DE 102023001946 A DE102023001946 A DE 102023001946A DE 102023001946 A1 DE102023001946 A1 DE 102023001946A1
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lipids
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Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
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Abstract

Beschrieben werden Lipid-Nanopartikel enthaltend
a) mindestens ein kationisches Lipid,
b) mindestens ein Phospholipid, und
c) mindestens ein ausgewähltes Stealth-Lipid, mit der Maßgabe, dass alle im Lipid-Nanopartikel enthaltenen Lipide einen HLB-Wert von größer gleich 3 aufweisen.
Diese Nanopartikel können mit anionischen Gruppen enthaltenden Wirkstoffen beladen werden, vorzugsweise mit Nukleinsäuren und eignen sich als hocheffiziente Vehikel zur Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen.

Figure DE102023001946A1_0000
Lipid nanoparticles containing
a) at least one cationic lipid,
b) at least one phospholipid, and
c) at least one selected stealth lipid, with the proviso that all lipids contained in the lipid nanoparticle have an HLB value greater than or equal to 3.
These nanoparticles can be loaded with active ingredients containing anionic groups, preferably nucleic acids, and are suitable as highly efficient vehicles for the transfer of nucleic acids into cells.
Figure DE102023001946A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung und Verarbeitung von Nanopartikeln, die mit Wirkstoffen beladen werden können, z.B. mit genetischem Material. Diese Nanopartikel lassen sich vorteilhaft zum Transport von Wirkstoffen in Organismen einsetzen, insbesondere zur Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen.The invention relates to the field of production and processing of nanoparticles that can be loaded with active substances, e.g. with genetic material. These nanoparticles can be advantageously used for transporting active substances in organisms, in particular for transferring nucleic acids into cells.

Impfstoffantigene, insbesondere gereinigte oder rekombinante Subunit-Impfstoffe, sind oft schlecht immunogen und erfordern den Einsatz von Adjuvantien, um die schützende Immunität zu stimulieren. Trotz des Erfolgs der derzeit zugelassenen Adjuvantien besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten Adjuvantien und Verabreichungssystemen, welche die schützende Antikörperreaktion verstärken, insbesondere vor allem in Bevölkerungsgruppen, die auf die derzeitigen Impfstoffe schlecht ansprechen.Vaccine antigens, particularly purified or recombinant subunit vaccines, are often poorly immunogenic and require the use of adjuvants to stimulate protective immunity. Despite the success of currently approved adjuvants, there remains a need for improved adjuvants and delivery systems that enhance the protective antibody response, particularly in populations that are poorly responsive to current vaccines.

Lipid-Nanopartikel (LNP) stellen eine Alternative zu anderen partikulären Systemen wie Emulsionen, Liposomen, Mizellen, Mikropartikeln und/oder polymeren Nanopartikeln, für die Verabreichung von Wirkstoffen, wie Oligonukleotiden und niedermolekularen Arzneimitteln dar. LNP und ihre Verwendung für die Verabreichung von Wirkstoffen wurden bereits beschrieben, beispielsweise in US 7,691,405 , US 2006/0083780 , US 2006/0240554 , US 2008/0020058 , US 2009/0263407 , US 2009/0285881 , WO 2009/086558 , WO2009/127060 , WO2009/132131 , WO2010/042877 , WO2010/054384 , WO2010/054401 , WO2010/054405 und WO2010/054406 . Nanopartikel auf Lipidbasis als Träger pharmazeutischer Wirkstoffe wurden ebenfalls beschrieben, z.B. in Puri, A.; Loomis, K.; Smith, B.; Lee, J. H.; Yavlovich, A.; Heldman, E.; Blumenthal, R., Lipid-based nanoparticles as pharmaceutical drug carriers: from concepts to clinic. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 2009, 26, 523-80 .Lipid nanoparticles (LNP) represent an alternative to other particulate systems such as emulsions, liposomes, micelles, microparticles and/or polymeric nanoparticles for the delivery of active substances such as oligonucleotides and small molecule drugs. LNP and their use for the delivery of active substances have already been described, for example in US 7,691,405 , US 2006/0083780 , US 2006/0240554 , US 2008/0020058 , US 2009/0263407 , US 2009/0285881 , WO 2009/086558 , WO2009/127060 , WO2009/132131 , WO2010/042877 , WO2010/054384 , WO2010/054401 , WO2010/054405 and WO2010/054406 Lipid-based nanoparticles as carriers of pharmaceutical active ingredients have also been described, e.g. in Puri, A.; Loomis, K.; Smith, B.; Lee, J.H.; Yavlovich, A.; Heldman, E.; Blumenthal, R., Lipid-based nanoparticles as pharmaceutical drug carriers: from concepts to clinic. Crit. Rev. Ther. Drug Carrier Syst. 2009, 26, 523-80 .

Die Gentherapie unter Verwendung von siRNA und mRNA hat in den vergangenen Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen (vergl. Akinc, A.; Maier, M. A.; Manoharan, M.; et al., The Onpattro story and the clinical translation of nanomedicines containing nucleic acid-based drugs. Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 1084-1087; Polack, F. P.; Thomas, S. J.; Kitchin, N., et al., Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 vaccine. N. Engl. J. Med. 2020, 383, 2603-2615; und Baden, L. R.; El Sahly, H. M.; Essink, B., et al., Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 2021, 384, 403-416 ).Gene therapy using siRNA and mRNA has become increasingly important in recent years (cf. Akinc, A.; Maier, M.A.; Manoharan, M.; et al., The Onpattro story and the clinical translation of nanomedicines containing nucleic acid-based drugs. Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 1084-1087; Polack, FP; Thomas, S.J.; Kitchin, N., et al., Safety and efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid-19 vaccine. N. Engl. J. Med. 2020, 383, 2603-2615; and Baden, LR; El Sahly, H.M.; Essink, B., et al., Efficacy and safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 vaccine. N. Engl. J. Med. 2021, 384, 403-416 ).

Dabei müssen verschiedene Nukleinsäuren wie DNA (pDNA) oder RNA (mRNA, siRNA, miRNA oder ASOs) geliefert werden, die aufgrund ihrer hohen molaren Masse und negativen Ladung im Gegensatz zu klassischen Wirkstoffen einen Transporter benötigen ( Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D.; Thomson, S. B.; Chen, S.; Leavitt, B. R.; Cullis, P. R.; van der Meel, R., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 630-643 ). Die Anwendung des Gentransfers zur Heilung, Behandlung oder Vorbeugung eines breiten Spektrums von Krankheiten ist jedoch aufgrund technischer und biologischer Hindernisse begrenzt. Aufgrund der hohen renalen Clearance, der Instabilität und des immunaktivierenden Potenzials des genetischen Materials sind Trägersysteme erforderlich. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Nanomaterialien entwickelt, um Nukleinsäuren vor Abbau und unspezifischen Immunreaktionen zu schützen oder sie gezielt zu Anwendungsbereichen oder Zelltypen zu transportieren.Different nucleic acids such as DNA (pDNA) or RNA (mRNA, siRNA, miRNA or ASOs) must be delivered, which, due to their high molar mass and negative charge, require a transporter in contrast to classical active substances ( Kulkarni, JA; Witzigmann, D.; Thomson, S.B.; Chen, S.; Leavitt, B.R.; Cullis, P.R.; van der Meel, R., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 630-643 ). However, the application of gene transfer to cure, treat or prevent a wide range of diseases is limited due to technical and biological obstacles. Due to the high renal clearance, instability and immune-activating potential of the genetic material, carrier systems are required. For this purpose, various nanomaterials have been developed to protect nucleic acids from degradation and nonspecific immune reactions or to transport them specifically to areas of application or cell types.

Spätestens mit dem Ausbruch der COVID-19 Pandemie Anfang des Jahres 2020 etablierten sich Lipidnanopartikel (LNP) als wichtige Arzneiform für den Transport von genetischem Material (vergl. Tenchov, R.; Bird, R.; Curtze, A. E.; Zhou, Q., Lipid nanoparticles - From liposomes to mRNA vaccine delivery, a landscape of research diversity and advancement. ACS Nano 2021, 15, 16982-17015 ). Neben den beiden klinisch verwendeten COVID-19 Impfstoffen, BNT162b und mRNA-1273 sind mittlerweile weitere vielversprechende Therapieansätze zugelassen bzw. in klinische Studien involviert (vergl. Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D.; Thomson, S. B.; Chen, S.; Leavitt, B. R.; Cullis, P. R.; van der Meel, R., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat.Nanotechnol. 2021, 16, 630-643; Hou, X.; Zaks, T.; Langer, R.; Dong, Y., Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nat. Rev. Mater. 2021, 6, 1078-1094 ). Um einige zu nennen: Fomivirsen (Vitravene) ist ein Antisense-Oligonukleotid (ASO), das auf spezifische Sequenzen der zellulären RNA abzielt und 1998 zur Behandlung von Cytomegalovirus-Infektionen der Netzhaut bei AIDS-Patienten zugelassen wurde (2002 zurückgezogen) ( Roberts, T. C.; Langer, R.; Wood, M. J. A., Advances in oligonucleotide drug delivery. Nat. Rev. Drug Discov. 2020, 19, 673-694 ); Mipomersen (Kynamro) ist ein ASO als Orphan Drug für Hypercholesterinämie. Patisiran (Onpattro) ist der erste zugelassene Vertreter neuartiger Arzneimittel der „First-in-Class“ auf der Grundlage der RNA-Interferenz im Jahr 2018 und dient der Behandlung der hereditären Transthyretin-Amyloidose bei Patienten mit Polyneuropathie im Stadium 1 oder 2 ( Buck, J.; Grossen, P.; Cullis, P. R.; Huwyler, J.; Witzigmann, D., Lipid-based DNA therapeutics: Hallmarks of non-viral gene delivery. ACS Nano 2019, 13, 3754-3782 ). Darüber hinaus wurde ein Plasmid, das für den menschlichen Hepatozyten-Wachstumsfaktor kodiert, zur Behandlung von Patienten mit kritischer Extremitätenischämie zugelassen.With the outbreak of the COVID-19 pandemic at the beginning of 2020, lipid nanoparticles (LNPs) became established as an important drug form for the transport of genetic material (see: Tenchov, R.; Bird, R.; Curtze, A.E.; Zhou, Q., Lipid nanoparticles - From liposomes to mRNA vaccine delivery, a landscape of research diversity and advancement. ACS Nano 2021, 15, 16982-17015 In addition to the two clinically used COVID-19 vaccines, BNT162b and mRNA-1273, other promising therapeutic approaches have now been approved or are involved in clinical trials (see Kulkarni, JA; Witzigmann, D.; Thomson, S.B.; Chen, S.; Leavitt, B.R.; Cullis, P.R.; van der Meel, R., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat.Nanotechnol. 2021, 16, 630-643; Hou, X.; Zaks, T.; Langer, R.; Dong, Y., Lipid nanoparticles for mRNA delivery. Nat. Rev. Mater. 2021, 6, 1078-1094 ). To name a few: Fomivirsen (Vitravene) is an antisense oligonucleotide (ASO) that targets specific sequences of cellular RNA and was approved in 1998 for the treatment of cytomegalovirus infections of the retina in AIDS patients (withdrawn in 2002) ( Roberts, T.C.; Langer, R.; Wood, MJA, Advances in oligonucleotide drug delivery. Nat. Rev. Drug Discov. 2020, 19, 673-694 ); Mipomersen (Kynamro) is an ASO as an orphan drug for hypercholesterolemia. Patisiran (Onpattro) is the first approved representative of novel first-in-class drugs based on RNA interference in 2018 and is used to treat hereditary transthyretin amyloidosis in patients with stage 1 or 2 polyneuropathy ( Buck, J.; Grossen, P.; Cullis, P.R.; Huwyler, J.; Witzigmann, D., Lipid-based DNA therapeutics: Hallmarks of non-viral gene delivery. ACS Nano 2019, 13, 3754-3782 ). In addition, a plasmid encoding human hepatocyte growth factor has been approved for the treatment of patients with critical limb ischemia.

Die Zulassung neuartiger RNA-basierter Systeme hat die Entwicklung nicht-viraler Verabreichungssysteme wie N-Acetylgalactosamin (GalNAc)-siRNA-Konjugate weiter vorangetrieben: i) Givosiran (Givlaari) zur Behandlung der akuten intermittierenden hepatischen Porphyrie, ii) Lumasiran (Oxlumo) zur Behandlung der primären Hyperoxalurie Typ 1 und iii) Inclisiran (Leqvio), ein subkutanes Therapeutikum zur Behandlung von Hypercholesterinämie. Weitere RNA-basierte Systeme sind lipidbasierte siRNA-Medikamente und die mRNA-Impfstoffe gegen SARS-CoV-2 ( Paunovska, K.; Loughrey, D.; Dahlman, J. E., Drug delivery systems for RNA therapeutics. Nat. Rev. Genet. 2022, 23, 265-280 ).The approval of novel RNA-based systems has further promoted the development of non-viral delivery systems such as N-acetylgalactosamine (GalNAc)-siRNA conjugates: i) givosiran (Givlaari) for the treatment of acute intermittent hepatic porphyria, ii) lumasiran (Oxlumo) for the treatment of primary hyperoxaluria type 1 and iii) inclisiran (Leqvio), a subcutaneous therapeutic for the treatment of hypercholesterolemia. Other RNA-based systems include lipid-based siRNA drugs and the mRNA vaccines against SARS-CoV-2 ( Paunovska, K.; Loughrey, D.; Dahlman, JE, Drug delivery systems for RNA therapeutics. Nat. Rev Genet. 2022, 23, 265-280 ).

Die aktuell zugelassenen LNP der Vakzine bestehen dabei aus vier verschiedenen Lipidkomponenten und dem genetischen Material (vergl. Kulkarni, J. A.; Cullis, P. R.; van der Meel, R., Lipid nanoparticles enabling gene therapies: From concepts to clinical utility, Nucl. Acid Ther. 2018, 28, 146-157; und Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, J. A., et al., mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 ).The currently approved LNPs of the vaccine consist of four different lipid components and the genetic material (see Kulkarni, JA; Cullis, P.R.; van der Meel, R., Lipid nanoparticles enabling gene therapies: From concepts to clinical utility, Nucl. Acid Ther. 2018, 28, 146-157; and Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, JA, et al., mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 ).

Dabei handelt es sich um ein ionisierbares Lipid, die Helferlipide 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine und Cholesterol sowie mit Polyethylenglycol (PEG) konjugiertes Lipid. Die im Falle von BNT162b (BioNTech) und mRNA-1273 (Moderna) verwendeten Lipide erfüllen in der Formulierung der LNP verschiedene Funktionen und basieren auf einem intensiven Screening von Lipiden ( Dolgin, E., The tangled history of mRNA vaccines. Nature 2021, 597, 318-324 ).These are an ionizable lipid, the helper lipids 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine and cholesterol, and lipid conjugated with polyethylene glycol (PEG). The lipids used in the case of BNT162b (BioNTech) and mRNA-1273 (Moderna) fulfill different functions in the formulation of the LNP and are based on an intensive screening of lipids ( Dolgin, E., The tangled history of mRNA vaccines. Nature 2021, 597, 318-324 ).

Für den Transport können die konservierten negativ geladenen Phosphate im RNA- und DNA-Rückgrat für Wechselwirkungen mit Lipiden genutzt werden. Die kationischen Lipide haben dabei eine wesentliche Schlüsselfunktion, da sie für die Bindung mit dem negativ geladenen genetischen Material verantwortlich sind. Außerdem beeinflussen sie die endosomale Aufnahme (vergl. Hald Albertsen, C.; Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D., et al., The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Del. Rev. 2022, 188, 114416; und Paloncyova, M.; Cechova, P.; Srejber, M., et al., Role of ionizable lipids in SARS-CoV-2 vaccines as revealed by molecular dynamics simulations: From membrane structure to interaction with mRNA fragments. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 11199-11205 ).For transport, the conserved negatively charged phosphates in the RNA and DNA backbone can be used for interactions with lipids. The cationic lipids play a key role here, as they are responsible for binding to the negatively charged genetic material. They also influence endosomal uptake (cf. Hald Albertsen, C.; Kulkarni, JA; Witzigmann, D., et al., The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Del. Rev. 2022, 188, 114416; and Paloncyova, M.; Cechova, P.; Srejber, M., et al., Role of ionizable lipids in SARS-CoV-2 vaccines as revealed by molecular dynamics simulations: From membrane structure to interaction with mRNA fragments. J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 11199-11205 ).

Die Entwicklung ionisierbarer Lipide gilt als Durchbruch für die breite Anwendung von LNPs ( Dolgin, E., The tangled history of mRNA vaccines. Nature 2021, 597, 318-324 ). Die ursprünglichen kationischen Lipide erreichten eine hohe Transfektionseffizienz in Zellkulturen, verursachten aber toxische Wirkungen. In vivo wiesen sie eine kurze Halbwertszeit im Blutkreislauf und eine unspezifische Bindung an Zelloberflächen auf. Um dieses Hindernis zu umgehen, wurden sogenannte ionisierbare Lipide mit einem pKa-Wert unter 7 entwickelt. Diese Lipide binden an das genetische Material durch eine pH-abhängige Formulierung, die mit einem niedrigeren pH-Wert beginnt, um die Bindung des genetischen Materials zu ermöglichen, und sich langsam bis zum physiologischen pH-Wert erhöht. Die Formulierungen sind bei der Verabreichung, z. B. intravenös oder intramuskulär, neutral und werden unter der sauren Umgebung im Endosom aufgeladen, was Vorteile für die endosomale Freisetzung bietet. Die Protonierung im Endosom bietet eine gute Wechselwirkung mit den Lipiden der endosomalen Membran ( Han, X.; Zhang, H.; Butowska, K.; Swingle, K. L.; Alameh, M.-G.; Weissman, D.; Mitchell, M. J., An ionizable lipid toolbox for RNA delivery. Nat. Commun. 2021, 12, 7233 ). Nach Optimierungen zeigten ionisierbare Lipide auch mit weniger genetischem Material vielversprechende Ergebnisse. Was die ionisierbare Kopfgruppe betrifft, so zeigte eine Dimethylaminobase eine hohe Transfektionseffizienz ( Mo, R.; Sun, Q.; Li, N.; Zhang, C., Intracellular delivery and antitumor effects of pH-sensitive liposomes based on zwitterionic oligopeptide lipids. Biomaterials 2013, 34, 2773-2786 ).The development of ionizable lipids is considered a breakthrough for the broad application of LNPs ( Dolgin, E., The tangled history of mRNA vaccines. Nature 2021, 597, 318-324 ). The original cationic lipids achieved high transfection efficiency in cell cultures but caused toxic effects. In vivo, they exhibited a short half-life in the bloodstream and nonspecific binding to cell surfaces. To overcome this obstacle, so-called ionizable lipids with a pKa below 7 were developed. These lipids bind to the genetic material through a pH-dependent formulation that starts at a lower pH to allow binding of the genetic material and slowly increases to the physiological pH. The formulations are neutral upon administration, e.g. intravenously or intramuscularly, and are charged under the acidic environment in the endosome, which offers advantages for endosomal release. Protonation in the endosome provides a good interaction with the lipids of the endosomal membrane ( Han, X.; Zhang, H.; Butowska, K.; Swingle, K.L.; Alameh, M.-G.; Weissman, D.; Mitchell, MJ, An ionizable lipid toolbox for RNA delivery. Nat. Commun. 2021, 12, 7233 ). After optimization, ionizable lipids showed promising results even with less genetic material. Regarding the ionizable head group, a dimethylamino base showed high transfection efficiency ( Mon, R.; Sun, Q.; Li, N.; Zhang, C., Intracellular delivery and antitumor effects of pH-sensitive liposomes based on zwitterionic oligopeptide lipids. Biomaterials 2013, 34, 2773-2786 ).

Es existiert eine Vielzahl verschiedener ionisierbarer Lipide, welche sich in ihrem Potenzial für den Gentransfer in LNP unterscheiden ( Semple, S. C.; Akinc, A.; Chen, J., et al., Rational design of cationic lipids for siRNA delivery. Nat. Biotechnol. 2010, 28, 172-176 ). Einflussfaktoren sind dabei beispielsweise die Länge der Alkylketten, die Art der ionisierbaren Gruppe und der pKa-Wert des Moleküls (vergl. Hald Albertsen, C.; Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D., et al., The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Del. Rev. 2022, 188, 114416; Zhang, Y.; Sun, C.; Wang, C.; Jankovic, K. E.; Dong, Y., Lipids and lipid derivatives for RNA delivery. Chem. Rev. 2021, 121, 12181-12277; und Whitehead, K. A.; Dorkin, J. R.; Vegas, A. J., et al., Degradable lipid nanoparticles with predictable in vivo siRNA delivery activity. Nat. Commun. 2014, 5, 4277 ).There are a variety of different ionizable lipids that differ in their potential for gene transfer into LNP ( Semple, S.C.; Akinc, A.; Chen, J., et al., Rational design of cationic lipids for siRNA delivery. Nat. Biotechnol. 2010, 28, 172-176 ). Influencing factors include the length of the alkyl chains, the type of ionizable group and the pK a value of the molecule (cf. Hald Albertsen, C.; Kulkarni, JA; Witzigmann, D., et al., The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Del. Rev. 2022, 188, 114416; Zhang, Y.; Sun, C.; Wang, C.; Jankovic, KE; Dong, Y., Lipids and lipid derivatives for RNA delivery. Chem. Rev. 2021, 121, 12181-12277; and Whitehead, K.A.; Dorkin, J.R.; Vegas, AJ, et al., Degradable lipid nanoparticles with predictable in vivo siRNA delivery activity. Nat. Commun. 2014, 5, 4277 ).

Zur Minimierung von unerwünschten Wechselwirkungen mit dem biologischen Milieu oder dem Immunsystem sind getarnte Oberflächenmodifikationen von Partikeln von entscheidender Bedeutung. Der Begriff „Stealth“, der auf erste Studien in den 1980er Jahren zurückgeht, beschreibt das „Verstecken“ von Partikeln, indem sie mit hydrophilen Molekülen funktionalisiert werden, um der Erkennung und Eliminierung durch das Immunsystem zu entgehen. Der Tarnkappeneffekt wird durch die Einschränkung der Adhäsion von das Immunsystem auslösenden Proteinen, wie Opsoninen und Immunglobulinen, an der Partikeloberfläche bewirkt, was die Opsonisierung verhindert und zu einer verlängerten Halbwertszeit im Blutkreislauf nach systemischer Verabreichung führt (vergl. Friedl, J. D.; Nele, V.; De Rosa, G.; Bernkop-Schnürch, A., Bioinert, Stealth or interactive: How surface chemistry of nanocarriers determines their fate in vivo, Adv. Func. Mater. 2021, 31, 2103347 ).To minimize unwanted interactions with the biological environment or the immune system, stealthy surface modifications of particles are crucial. The term "stealth", which dates back to initial studies in the 1980s, describes the "hiding" of particles by functionalizing them with hydrophilic molecules to evade recognition and elimination by the immune system. The stealth effect is achieved by limiting the adhesion of immune-triggering proteins, such as opsonins and immunoglobulins, to the particle surface, which prevents opsonization and leads to a prolonged half-life in the bloodstream after systemic administration (cf. Friedl, J.D.; Nele, V.; De Rosa, G.; Bernkop-Schnürch, A., Bioinert, Stealth or interactive: How surface chemistry of nanocarriers determines their fate in vivo, Adv. Func. Mater. 2021, 31, 2103347 ).

Getarnte Nanopartikel beeinflussen die Medikamentenverabreichung, insbesondere in der Krebstherapie. 1994 präsentierten Langer et al. (Gref, R.; Minamitake, Y.; Peracchia, M. T.; Trubetskoy, V.; Torchilin, V.; Langer, R., Biodegradable longcirculating polymeric nanospheres. Science 1994, 263, 1600-1603 .). PEG-gepfropfte Polymer-Nanopartikel, die aufgrund des Passivierungseffekts von PEG länger im Blut zirkulieren können. Durch die Ausbildung einer Hydratationsschicht und einer sterischen Barriere kann die PEGylierung die unspezifische Bindung von Serumproteinen an die Partikel verringern, wodurch deren Ausscheidung durch Zellen des mononuklearen phagozytischen Systems (MPS) reduziert wird. Diese lange zirkulierenden Nanopartikel haben sich aufgrund des Phänomens der verstärkten Permeation und Retention (EPR) als vorteilhaft für die Arzneimittelabgabe an die Mikroumgebung des Tumors erwiesen ( Suk, J. S.; Xu, Q.; Kim, N.; Hanes, J.; Ensign, L. M., PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 2016, 99, 28-51 ).Camouflaged nanoparticles affect drug delivery, especially in Cancer therapy. In 1994, Langer et al. (Gref, R.; Minamitake, Y.; Peracchia, MT; Trubetskoy, V.; Torchilin, V.; Langer, R., Biodegradable longcirculating polymeric nanospheres. Science 1994, 263, 1600-1603 .). PEG-grafted polymer nanoparticles that can circulate in the blood for a longer period due to the passivation effect of PEG. By forming a hydration layer and a steric barrier, PEGylation can reduce the nonspecific binding of serum proteins to the particles, thereby reducing their clearance by cells of the mononuclear phagocytic system (MPS). These long-circulating nanoparticles have been shown to be beneficial for drug delivery to the tumor microenvironment due to the enhanced permeation and retention (EPR) phenomenon ( Suk, J.S.; Xu, Q.; Kim, N.; Hanes, J.; Ensign, LM, PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Adv. Drug Delivery Rev. 2016, 99, 28-51 ).

Zu PEGylierten Verbindungen sind eine Reihe von Alternativen bekannt. Im Allgemeinen zeigen diese eine verlängerte systemische Zirkulationsdauer, eine anhaltende Wirkstofffreisetzungskinetik und eine bessere Tumorakkumulation auf. A number of alternatives to PEGylated compounds are known. In general, these show a prolonged systemic circulation time, sustained drug release kinetics and better tumor accumulation.

Beispiele alternativer Polymere zu PEG sind etwa Poly(glycerine) (PG), Poly(oxazoline) (POX), Poly(hydroxypropylmethacrylat) (PHPMA), Poly(2-hydroxyethylmethacrylat) (PHEMA), Poly(N-(2-hydroxypropyl)methacrylamid) (HPMA), Poly(vinylpyrrolidon) (PVP), Poly(N,N-dimethylacrylamid) (PDMA) und Poly(N-acryloylmorpholin) (PAcM) (vergl. Hoang Thi, T. T.; Pilkington, E. H.; Nguyen, D. H.; Lee, J. S.; Park, K. D.; Truong, N. P., The Importance of poly(ethylene glycol) alternatives for overcoming PEG immunogenicity in drug delivery and bioconjugation. Polymers 2020, 12, 298 ).Examples of alternative polymers to PEG include poly(glycerol) (PG), poly(oxazoline) (POX), poly(hydroxypropyl methacrylate) (PHPMA), poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA), poly(N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide) (HPMA), poly(vinylpyrrolidone) (PVP), poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMA) and poly(N-acryloylmorpholine) (PAcM) (cf. Hoang Thi, TT; Pilkington, E.H.; Nguyen, D.H.; Lee, J.S.; Park, K.D.; Truong, NP, The Importance of poly(ethylene glycol) alternatives for overcoming PEG immunogenicity in drug delivery and bioconjugation. Polymers 2020, 12, 298 ).

Unter den sogenannten Stealth-Lipiden haben die PEG-Lipide bislang die größte Bedeutung und Verbreitung. PEG-Lipide sind in der LNP-Formulierung unter anderem dafür verantwortlich, dass die Verweildauer im Organismus verlängert wird und sie verringern die Immunantwort des Organismus auf das Arzneimittel (vergl. Nosova, A. S.; Koloskova, O. O.; Nikonova, A. A.; Simonova, V. A.; Smirnov, V. V.; Kudlay, D.; Khaitov, M. R., Diversity of PEGylation methods of liposomes and their influence on RNA delivery. MedChemComm 2019, 10, 369-377; Bao, Y.; Jin, Y.; Chivukula, P.; Zhang, J.; Liu, Y.; Liu, J.; Clamme, J. P.; Mahato, R. I.; Ng, D.; Ying, W.; Wang, Y.; Yu, L., Effect of PEGylation on biodistribution and gene silencing of siRNA/lipid nanoparticle complexes. Pharm. Res. 2013, 30, 342-351 .; und Suzuki, T.; Suzuki, Y.; Hihara, T.; Kubara, K.; Kondo, K.; Hyodo, K.; Yamazaki, K.; Ishida, T.; Ishihara, H., PEG shedding-rate-dependent blood clearance of PEGylated lipid nanoparticles in mice: Faster PEG shedding attenuates anti-PEG IgM production. Int. J. Pharm. 2020, 588, 119792 ). Außerdem zeigte sich, dass sie maßgeblichen Einfluss auf die Größe und die Stabilität der entstehenden Nanopartikel haben und die Formulierung stabilisieren (vergl. Mui, B. L.; Tam, Y. K.; Jayaraman, M., et al., Influence of polyethylene glycol lipid desorption rates on pharmacokinetics and pharmacodynamics of siRNA lipid nanoparticles. Mol. Ther. Nucleic Acids 2013, 2, e139; Holland, J. W.; Hui, C.; Cullis, P. R.; Madden, T. D., Poly(ethylene glycol)-lipid conjugates regulate the calcium-induced fusion of liposomes composed of phosphatidylethanolamine and phosphatidylserine. Biochemistry 1996, 35, 2618-2624 ; Kauffman, K. J.; Dorkin, J. R.; Yang, J. H.; Heartlein, M. W.; DeRosa, F.; Mir, F. F.; Fenton, O. S.; Anderson, D. G., Optimization of lipid nanoparticle formulations for mRNA delivery in vivo with fractional factorial and definitive screening designs. Nano Lett 2015, 15, 7300-7306 ; und Li, S.; Hu, Y.; Li, A.; Lin, J.; Hsieh, K.; Schneiderman, Z.; Zhang, P.; Zhu, Y.; Qiu, C.; Kokkoli, E.; Wang, T.-H.; Mao, H.-Q., Payload distribution and capacity of mRNA lipid nanoparticles. Nat. Commun. 2022, 13, 5561). Allerdings ist die Bildung von Antikörpern hinderlich (Hald Albertsen, C.; Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D.; Lind, M.; Petersson, K.; Simonsen, J. B., The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Deliv. Rev. 2022, 188, 114416), weswegen Alternativen für PEG erforscht werden (Bleher, S.; Buck, J.; Muhl, C.; Sieber, S.; Barnert, S.; Witzigmann, D.; Huwyler, J.; Barz, M.; Süss, R., Poly(sarcosine) surface modification imparts stealth-like properties to liposomes. Small 2019, 15, 1904716 ).Among the so-called stealth lipids, PEG lipids are currently the most important and widely used. In the LNP formulation, PEG lipids are responsible, among other things, for extending the residence time in the organism and they reduce the organism's immune response to the drug (see. Nosova, AS; Koloskova, OO; Nikonova, A.A.; Simonova, VA; Smirnov, VV; Kudlay, D.; Khaitov, MR, Diversity of PEGylation methods of liposomes and their influence on RNA delivery. MedChemComm 2019, 10, 369-377; Bao, Y.; Jin, Y.; Chivukula, P.; Zhang, J.; Liu, Y.; Liu, J.; Clamme, JP; Mahato, R.I.; Ng, D.; Ying, W.; Wang, Y.; Yu, L., Effect of PEGylation on biodistribution and gene silencing of siRNA/lipid nanoparticle complexes. Pharm. Res. 2013, 30, 342-351 .; and Suzuki, T.; Suzuki, Y.; Hihara, T.; Kubara, K.; Kondo, K.; Hyodo, K.; Yamazaki, K.; Ishida, T.; Ishihara, H., PEG shedding-rate-dependent blood clearance of PEGylated lipid nanoparticles in mice: Faster PEG shedding attenuates anti-PEG IgM production. Int. J. Pharm. 2020, 588, 119792 ). It was also shown that they have a significant influence on the size and stability of the resulting nanoparticles and stabilize the formulation (cf. Mui, BL; Tam, YK; Jayaraman, M., et al., Influence of polyethylene glycol lipid desorption rates on pharmacokinetics and pharmacodynamics of siRNA lipid nanoparticles. Mol. Ther. Nucleic Acids 2013, 2, e139; Holland, J. W.; Hui, C.; Cullis, PR; Madden, TD, Poly(ethylene glycol)-lipid conjugates regulate the calcium-induced fusion of liposomes composed of phosphatidylethanolamine and phosphatidylserine. Biochemistry 1996, 35, 2618-2624 ; Kauffman, K.J.; Dorkin, J.R.; Yang, J.H.; Heartlein, MW; DeRosa, F.; Me, FF; Fenton, O.S.; Anderson, DG, Optimization of lipid nanoparticle formulations for mRNA delivery in vivo with fractional factorial and definitive screening designs. Nano Lett 2015, 15, 7300-7306 ; and Li, S.; Hu, Y.; Li, A.; Lin, J.; Hsieh, K.; Schneiderman, Z.; Zhang, P.; Zhu, Y.; Qiu, C.; Kokkoli, E.; Wang, T.-H.; Mao, H.-Q., Payload distribution and capacity of mRNA lipid nanoparticles. Nat. Commun. 2022, 13, 5561). However, the formation of antibodies is a hindrance (Hald Albertsen, C.; Kulkarni, JA; Witzigmann, D.; Lind, M.; Petersson, K.; Simonsen, JB, The role of lipid components in lipid nanoparticles for vaccines and gene therapy. Adv. Drug Deliv. Rev. 2022, 188, 114416), which is why alternatives to PEG are being researched (Bleher, S.; Buck, J.; Muhl, C.; Sieber, S.; Barnert, S.; Witzigmann, D.; Huwyler, J.; Barz, M.; Süss, R., Poly(sarcosine) surface modification imparts stealth-like properties to liposomes. Small 2019, 15, 1904716 ).

Die übrigen Komponenten in Form der Helferlipide erhöhen die Verkapselungseffizienz des genetischen Materials und die endosomale Freisetzung der LNP (vergl. Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D.; Leung, J.; Tam, Y. Y. C.; Cullis, P. R., On the role of helper lipids in lipid nanoparticle formulations of siRNA. Nanoscale 2019, 11, 21733-21739 ).The remaining components in the form of helper lipids increase the encapsulation efficiency of the genetic material and the endosomal release of the LNP (cf. Kulkarni, JA; Witzigmann, D.; Leung, J.; Tam, YYC; Cullis, PR, On the role of helper lipids in lipid nanoparticle formulations of siRNA. Nanoscale 2019, 11, 21733-21739 ).

In der Patentliteratur sind bereits mehrere LNP sowie deren Herstellung beschrieben worden.Several LNPs and their preparation have already been described in the patent literature.

So ist aus US 7,341,348 B2 eine mit Lipiden verkapselte Nukleinsäure bekannt. Das Patent beschreibt ein Partikel aus einer Lipidschicht, die eine Nukleinsäure enthaltende zentrale Zone umschließt und die ein Aminolipid mit einer Aminogruppe vom pKa-Wert von 4 bis 11 sowie ein PEG-DAG-Konjugat enthält.So it is US 7,341,348 B2 a nucleic acid encapsulated with lipids is known. The patent describes a particle made of a lipid layer that encloses a central zone containing nucleic acid and that contains an aminolipid with an amino group with a pK a value of 4 to 11 and a PEG-DAG conjugate.

Aus WO 2018/081480 A1 ist in LNP bekannt, dass 40 bis 50 mol % kationisches Lipid, neutrales Lipid, Steroid, Polymer-konjugiertes Lipid und ein darin verkapseltes therapeutisches Agens enthält.Out of WO 2018/081480 A1 LNP is known to contain 40 to 50 mol% of cationic lipid, neutral lipid, steroid, polymer-conjugated lipid and a therapeutic agent encapsulated therein.

WO 2019/089828 A1 offenbart ein LNP mit einer Zweischichtstruktur, das mindestens 40 mol % eines kationischen Lipids und eine Nukleinsäure enthält, die darin verkapselt sind. WO 2019/089828 A1 discloses a LNP having a bilayer structure containing at least 40 mol% of a cationic lipid and a nucleic acid encapsulated therein.

In EP 3 556 353 A2 werden LNP beschrieben, die aus einem kationischen Lipid, einem PEG-Lipid und einem Antigen aufgebaut sind. Diese LNP enthalten in der Regel noch andere Komponenten, wie Cholesterol oder Phospholipide. Die Lipide werden für die Herstellung der LNP in Ethanol gelöst.In EP 3 556 353 A2 LNPs are described that are made up of a cationic lipid, a PEG lipid and an antigen. These LNPs usually contain other components, such as cholesterol or phospholipids. The lipids are dissolved in ethanol to produce the LNPs.

Die in diesen Dokumenten vorbeschriebenen LNP enthalten immer größere Anteile von Steroiden, wie Cholesterol. Die Herstellung dieser LNP erfolgt aus ethanolischwässriger Lösung, da dies in einer wässrigen Lösung nicht möglich ist.The LNPs described in these documents contain increasing amounts of steroids such as cholesterol. These LNPs are produced from ethanolic-aqueous solution, as this is not possible in an aqueous solution.

Für die Herstellung von LNP können verschiedene Methoden verwendet werden. Am häufigsten kommen dabei die Ultaschallbehandlung, Extrusion und die Mikrofluidik vor (vergl. Chatterjee, S.; Banerjee, D. K., Preparation, isolation, and characterization of liposomes containing natural and synthetic lipids. Methods Mol. Biol. 2002, 199, 3-16; Mozafari, M. R., Nanoliposomes: preparation and analysis. Methods Mol. Biol. 2010, 605, 29-50 ; und Walsh, C.; Ou, K.; Belliveau, N. M., et al., Microfluidic-based manufacture of siRNA-lipid nanoparticles for therapeutic applications. Methods Mol. Biol. 2014, 1141, 109-120 ). Für den kommerziellen Maßstab setzte sich im Falle der COVID-19 Vakzine letztere Technik durch. Die Mikrofluidik zeichnet sich unter anderem durch ihre gute Reproduzierbarkeit in der Herstellung von Charge zu Charge aus (vergl. Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96; und Shepherd, S. J.; Issadore, D.; Mitchell, M. J., Microfluidic formulation of nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 2021, 274, 120826 ). Die LNP entstehen dabei durch das schnelle Vermischen einer organischen Lipidphase (meist basierend auf Ethanol) und einer wässrigen Phase, wobei letztere das genetische Material enthält. Bei diesem Prozess kommt es zur Fällung der Lipide und Nanopartikel bilden sich. Im Anschluss muss das organische Lösemittel aus der Formulierung entfernt werden. Neben der Evaporation wird dabei häufig die Dialyse oder Querstromfiltration verwendet (vergl. Evers, M. J. W.; Kulkarni, J. A; van der Meel, R.; Cullis, P. R.; Vader, P.; Schiffelers, R. M., State-of-the-art design and rapid-mixing production techniques of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery. Small Methods 2018, 2, 1700375; Mihaila, R.; Chang, S.; Wei, A. T.; Hu, Z. Y.; Ruhela, D.; Shadel, T. R.; Duenwald, S.; Payson, E.; Cunningham, J. J.; Kuklin, N.; Mathre, D. J., Lipid nanoparticle purification by spin centrifugation-dialysis (SCD): A facile and highthroughput approach for small scale preparation of siRNA-lipid complexes, Int. J. Pharm. 2011, 420, 118-121; und Terada, T.; Kulkarni, J. A.; Huynh, A.; Chen, S.; van der Meel, R.; Tam, Y. Y. C.; Cullis, P. R., Characterization of lipid nanoparticles containing ionizable cationic lipids using design-of-experiments approach. Langmuir 2021, 37, 1120-1128 ). Die Lösemittel werden dabei im Falle der beschriebenen LNP gegen PBS dialysiert. Dabei wird die Formulierung direkt an den physiologischen pH-Wert von 7,4 angepasst.Various methods can be used to produce LNPs. The most common are ultrasonication, extrusion and microfluidics (see Chatterjee, S.; Banerjee, DK, Preparation, isolation, and characterization of liposomes containing natural and synthetic lipids. Methods Mol. Biol. 2002, 199, 3-16; Mozafari, MR, Nanoliposomes: preparation and analysis. Methods Mol. Biol. 2010, 605, 29-50 ; and Walsh, C.; Ou, K.; Belliveau, NM, et al., Microfluidic-based manufacture of siRNA-lipid nanoparticles for therapeutic applications. Methods Mol. Biol. 2014, 1141, 109-120 ). In the case of the COVID-19 vaccine, the latter technique prevailed for commercial scale. One of the advantages of microfluidics is its good reproducibility in production from batch to batch (cf. Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96; and Shepherd, S.J.; Issadore, D.; Mitchell, MJ, Microfluidic formulation of nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 2021, 274, 120826 ). The LNPs are formed by the rapid mixing of an organic lipid phase (usually based on ethanol) and an aqueous phase, the latter containing the genetic material. During this process, the lipids precipitate and nanoparticles form. The organic solvent must then be removed from the formulation. In addition to evaporation, dialysis or cross-flow filtration is often used (see. Evers, M. J. W.; Kulkarni, J.A; van der Meel, R.; Cullis, P.R.; Vader, P.; Schifflers, RM, State-of-the-art design and rapid-mixing production techniques of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery. Small Methods 2018, 2, 1700375; Mihaila, R.; Chang, S.; Wei, AT; Hu, ZY; Ruhela, D.; Shadel, TR; Duenwald, S.; Payson, E.; Cunningham, J.J.; Kuklin, N.; Mathre, DJ, Lipid nanoparticle purification by spin centrifugation-dialysis (SCD): A facile and high-throughput approach for small scale preparation of siRNA-lipid complexes, Int. J. Pharm. 2011, 420, 118-121; and Terada, T.; Kulkarni, JA; Huynh, A.; Chen, S.; van der Meel, R.; Tam, YYC; Cullis, PR, Characterization of lipid nanoparticles containing ionizable cationic lipids using design-of-experiments approach. Langmuir 2021, 37, 1120-1128 ). In the case of the described LNP, the solvents are dialyzed against PBS. The formulation is then directly adjusted to the physiological pH value of 7.4.

Die Verwendung von organischen Lösemitteln für die Formulierung stellt dabei einen wesentlichen Nachteil dar. Das genetische Material wird instabiler und bei längerer Lagerung kann es zum Abbau der Lipide kommen (vergl. Evers, M. J. W.; Kulkarni, J. A.; van der Meel, R.; Cullis, P. R.; Vader, P.; Schiffelers, R. M., State-of-the-art design and rapid-mixing production techniques of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery. Small Methods 2018, 2, 1700375; und Roces, C.B.; Lou, G.; Jain, N.; Abraham, S.; Thomas, A.; Halbert, G.W.; Perrie, Y. Manufacturing considerations for the development of lipid nanoparticles using microfluidics, Pharmaceutics 2020, 12, 1095 ). Um die Stabilität der Nukleinsäuren zu gewährleisten, ist ein schnelles Entfernen der organischen Lösemittel notwendig. Dies führt dazu, dass die Produktionskosten steigen.The use of organic solvents for the formulation represents a significant disadvantage. The genetic material becomes more unstable and prolonged storage can lead to the degradation of the lipids (cf. Evers, M. J. W.; Kulkarni, JA; van der Meel, R.; Cullis, P.R.; Vader, P.; Schifflers, RM, State-of-the-art design and rapid-mixing production techniques of lipid nanoparticles for nucleic acid delivery. Small Methods 2018, 2, 1700375; and Roces, CB; Lou, G.; Jain, N.; Abraham, S.; Thomas, A.; Halbert, G. W.; Perrie, Y. Manufacturing considerations for the development of lipid nanoparticles using microfluidics, Pharmaceutics 2020, 12, 1095 ). To ensure the stability of the nucleic acids, rapid removal of the organic solvents is necessary. This leads to increased production costs.

Auch das Material, aus welchem die Mikrofluidikchips hergestellt werden, kann nachteilig sein. Polydimethylsiloxan beispielswiese absorbiert genetisches Material und tendiert dazu, durch die Lösemittel anzuschwellen (vergl. Kwon, H. J.; Kim, S.; Kim, S.; Kim, J. H.; Lim, G., Controlled production of monodisperse polycaprolactone microspheres using flow-focusing microfluidic device. BioChip Journal 2017, 11, 214-218; und Tsao, C.-W. Polymer microfluidics: Simple, low-cost fabrication process bridging academic lab research to commercialized production. Micromachines 2016, 7, 225 ).The material from which the microfluidic chips are made can also be detrimental. Polydimethylsiloxane, for example, absorbs genetic material and tends to swell due to the solvents (see Kwon, H.J.; Kim, S.; Kim, S.; Kim, JH; Lim, G., Controlled production of monodisperse polycaprolactone microspheres using flow-focusing microfluidic device. BioChip Journal 2017, 11, 214-218; and Tsao, C.-W. Polymer microfluidics: Simple, low-cost fabrication process bridging academic lab research to commercialized production. Micromachines 2016, 7, 225 ).

Der Verzicht auf organische Lösemittel für die Herstellung von lipidbasierten Nanopartikeln stellt somit eine gute Möglichkeit dar, einige der genannten Nachteile der konventionellen Herstellung auszuhebeln. Es konnte gezeigt werden, dass Ethanol für die Verkapslung von genetischem Material nicht zwingend notwendig ist (vergl. Kulkarni, J. A.; Thomson, S. B.; Zaifman, J.; Leung, J.; Wagner, P. K.; Hill, A.; Tam, Y. Y. C.; Cullis, P. R.; Petkau, T. L.; Leavitt, B. R., Spontaneous, solvent-free entrapment of siRNA within lipid nanoparticles. Nanoscale 2020, 12, 23959-23966 ). Eine Möglichkeit, auf den Einsatz von Ethanol zu verzichten besteht darin, die Lipide in wässriger Lösung oberhalb des Schmelzpunktes zu homogenisieren. Durch wechselndes Abkühlen und Erhitzen kommt es zur Bildung von LNP (vergl. De, A.; Ko, Y. T., Single pot organic solvent-free thermocycling technology for siRNAionizable LNPs: A proof-of-concept approach for alternative to microfluidics. Drug Delivery 2022, 29, 2644-2657 ). Ein Nachteil besteht darin, dass nur temperaturbeständige Arzneistoffe verwendet werden können und alle Komponenten hitzestabil sein müssen, was im Falle von Lipiden und RNA eine intensive Qualitätskontrolle nach sich zieht.The elimination of organic solvents for the production of lipid-based nanoparticles is therefore a good way to overcome some of the disadvantages of conventional production. It has been shown that ethanol is not absolutely necessary for the encapsulation of genetic material (cf. Kulkarni, JA; Thomson, S.B.; Zaifman, J.; Leung, J.; Wagner, PK; Hill, A.; Tam, YYC; Cullis, P.R.; Petkau, TL; Leavitt, BR, Spontaneous, solvent-free entrapment of siRNA within lipid nanoparticles. Nanoscale 2020, 12, 23959-23966 ). One way to avoid the use of ethanol is to homogenize the lipids in an aqueous solution above the melting point. Alternating cooling and heating leads to the formation of LNP (cf. De, A.; Ko, YT, Single pot organic solvent-free thermocycling technology for siRNAionizable LNPs: A proof-of-concept approach for alternative to microfluidics. Drug Delivery 2022, 29, 2644-2657 ). A disadvantage is that only temperature-stable drugs can be used and all components must be heat-stable, which in the case of lipids and RNA requires intensive quality control.

Es wurde jetzt überraschend gefunden, dass sich LNP herstellen lassen, ohne dass dabei organische Lösungsmittel eingesetzt werden müssen. In herkömmlichen Verfahren mussten organische Lösungsmittel, beispielsweise Ethanol, eingesetzt werden, um die stark lipophilen Anteile an eingesetzten Lipiden in das LNP einbringen zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von LNP, die in hoher Konzentration mit anionischen Gruppen, wie Phosphatgruppen, enthaltenden Wirkstoffen (z.B. Nukleinsäuren) beladen werden können. It has now surprisingly been found that LNP can be produced without the need to use organic solvents. In conventional processes, organic solvents, such as ethanol, had to be used in order to be able to introduce the highly lipophilic portions of the lipids used into the LNP. The process according to the invention allows the production of LNP that can be loaded in high concentrations with active substances (e.g. nucleic acids) containing anionic groups, such as phosphate groups.

Die erfindungsgemäßen LNP (in dieser Beschreibung auch BLNP genannt) lassen sich in schonender Weise mit empfindlichen Wirkstoffen beladen und gestatten beispielsweise das Einbringen und den Transport von genetischem Material in Zellen.The LNPs according to the invention (also referred to as BLNPs in this description) can be loaded with sensitive active substances in a gentle manner and allow, for example, the introduction and transport of genetic material into cells.

Die erfindungsgemäßen BLNP werden ohne den Einsatz von stark lipophilen Steroiden hergestellt und enthalten damit eine geringere Anzahl an Lipidkomponenten als die bislang bekannten LNP. Herkömmliche LNP enthalten große Mengen an Cholesterol. Dieses diffundiert leicht zwischen den LNP und auch Serum-Komponenten und Lipiden in biologischer Umgebung hin und her. Zudem wird Cholesterol nicht voll synthetisch hergestellt, sondern aus natürlichen Quellen bezogen, wodurch schwankende Qualitäten und Verunreinigungen nicht ausgeschlossen werden können. Darüber hinaus ist ein Verfahren mit mehr Schritten und Komponenten für die Zulassung komplexer und damit teuer und weniger robust.The BLNPs according to the invention are produced without the use of highly lipophilic steroids and thus contain a smaller number of lipid components than the LNPs known to date. Conventional LNPs contain large amounts of cholesterol. This easily diffuses back and forth between the LNPs and also serum components and lipids in the biological environment. In addition, cholesterol is not produced entirely synthetically, but rather from natural sources, which means that fluctuating qualities and impurities cannot be ruled out. In addition, a process with more steps and components for approval is more complex and therefore more expensive and less robust.

Der lipophile Charakter von Lipiden kann durch den HLB-Wert (HLB steht für engl. hydrophilic-lipophilic balance) beschrieben werden. Der HLB-Wert wurde 1954 von W. C. Griffin eingeführt und beschreibt den hydrophilen und lipophilen Anteil von Lipiden. Die Skala der HLB-Werte reicht von 0 (stark lipophil) bis 20 (schwach lipophil). Neben der Methode nach Griffin gibt es noch weitere Methoden, den HLB-Wert zu berechnen. Diese sind jedoch weit weniger gebräuchlich. Genannt sei hier nur die Methode nach Davies, der 1957 vorschlug, den HLB-Wert aus Zahlenwerten für die einzelnen chemischen Gruppen eines Moleküls zu berechnen. Vorteil dieser Methode ist die höhere Gewichtung stark wechselwirkender Gruppen gegenüber weniger wechselwirkenden. Außerdem lässt sich so der HLB-Wert für kationische und anionische Lipide definieren.The lipophilic character of lipids can be described by the HLB value (HLB stands for hydrophilic-lipophilic balance). The HLB value was introduced in 1954 by W. C. Griffin and describes the hydrophilic and lipophilic proportion of lipids. The HLB value scale ranges from 0 (strongly lipophilic) to 20 (weakly lipophilic). In addition to the Griffin method, there are other methods for calculating the HLB value. However, these are far less common. One example is the method according to Davies, who in 1957 proposed calculating the HLB value from numerical values for the individual chemical groups of a molecule. The advantage of this method is that strongly interacting groups are given a higher weighting than less interacting ones. It can also be used to define the HLB value for cationic and anionic lipids.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand in der Bereitstellung von Lipid-Nanopartikeln, die eine kompakte und einfach aufgebaute Struktur aufweisen, die mit einem hohen Gehalt an Wirkstoff beladen werden können und die sich hervorragend für den Transport von Wirkstoffen in Organismen oder Zellen, beispielsweise für den Gentransfer von Nukleinsäuren eignen.An object of the present invention was to provide lipid nanoparticles which have a compact and simple structure, which can be loaded with a high content of active ingredient and which are excellently suited for the transport of active ingredients in organisms or cells, for example for the gene transfer of nucleic acids.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand in der Bereitstellung eines einfach durchzuführenden Verfahrens zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln, das ohne den Einsatz von organischen Lösungsmitteln durchgeführt werden kann.A further object of the present invention was to provide a simple process for the production of lipid nanoparticles, which can be carried out without the use of organic solvents.

Die vorliegende Erfindung betrifft Lipid-Nanopartikel enthaltend

  1. a) mindestens ein kationisches Lipid,
  2. b) mindestens ein Phospholipid, und
  3. c) mindestens ein Stealth-Lipid ausgewählt aus der Gruppe der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(alkylenoxid)-ketten (nachstehend „PEG-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehreren Poly(oxazolin)-ketten (nachstehend „POx-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(glycerin)-ketten (nachstehend „PG-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(hydroxyalkyl(meth)-acrylat)-ketten (nachstehend „PHAA-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamid)-ketten (nachstehend „PHAAA-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(vinylpyrrolidon)-ketten (nachstehend „PVP-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(N,N-dialkyl(meth)acrylamid)-ketten (nachstehend „PDMAA-Lipide“), der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(N-(meth)acryloylmorpholin)-ketten (nachstehend „PAM-Lipide“) oder der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(aminosäure)-ketten (nachstehend „PAA-Lipide“), mit der Maßgabe, dass alle im Lipid-Nanopartikel enthaltenen Lipide einen HLB-Wert von größer gleich 3 aufweisen
The present invention relates to lipid nanoparticles containing
  1. a) at least one cationic lipid,
  2. b) at least one phospholipid, and
  3. c) at least one stealth lipid selected from the group of lipids containing one or more poly(alkylene oxide) chains (hereinafter "PEG lipids"), lipids containing one or more poly(oxazoline) chains (hereinafter "POx lipids"), lipids containing one or more poly(glycerol) chains (hereinafter "PG lipids"), lipids containing one or more poly(hydroxyalkyl(meth)acrylate) chains (hereinafter "PHAA lipids"), lipids containing one or more poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamide) chains (hereinafter "PHAAA lipids"), lipids containing one or more poly(vinylpyrrolidone) chains (hereinafter "PVP lipids"), lipids containing one or more poly(N,N-dialkyl(meth)acrylamide) chains (hereinafter "PDMAA lipids"), lipids containing a or more poly(N-(meth)acryloylmorpholine) chains (hereinafter referred to as "PAM lipids") or the lipids containing one or more poly(amino acid) chains (hereinafter referred to as "PAA lipids"), with the proviso that all lipids contained in the lipid nanoparticle have an HLB value of greater than or equal to 3

Unter „Lipid-Nanopartikeln“ oder „LNP“ bzw. „BLNP“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Teilchen zu verstehen, deren Durchmesser (z-Average) kleiner gleich 900 nm ist und die hauptsächlich oder vollständig aus Lipiden der oben genannten Gruppen a), b) und c) bestehen. Diese BLNP können mit Wirkstoffen enthaltend anionische Gruppen beladen werden. Die BLNP zeichnen sich allgemein durch ein sehr hohes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis aus und bieten damit eine sehr hohe chemische Reaktivität. BLNP können nur aus den genannten Lipiden der Gruppen a), b) und c) bestehen oder enthalten zusätzlich Komplexe aus Wirkstoff und dem kationischen Lipid der Gruppe a) oder die BLNP enthalten neben den Lipiden und gegebenenfalls Komplexen noch geringe Mengen anderer Bestandteile, wie z.B. Hilfs- oder Zusatzstoffe e).In the context of this description, “lipid nanoparticles” or “LNP” or “BLNP” are understood to mean particles whose diameter (z-average) is less than or equal to 900 nm and which consist mainly or completely of lipids from the above-mentioned groups a), b) and c). These BLNPs can be loaded with active ingredients containing anionic groups. The BLNPs are generally characterized by a very high surface-to-volume ratio and thus offer very high chemical reactivity. BLNPs can consist only of the above-mentioned lipids from groups a), b) and c) or additionally contain complexes of active ingredient and the cationic lipid from group a), or the BLNPs contain small amounts of other components in addition to the lipids and possibly complexes, such as excipients or additives e).

Unter „Hilfs- und Zusatzstoffen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Substanzen zu verstehen, die einer Formulierung zugesetzt werden, um dieser bestimmte zusätzliche Eigenschaften zu verleihen und/oder um deren Verarbeitung zu erleichtern. Beispiele für Hilfs- und Zusatzstoffe sind Zucker, wie Saccharose, Kontrastmittel, Trägerstoffe, Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe, Parfums, Radiopharmaka wie Tracer, Gleitmittel, UV-Stabilisatoren, Polymere, wie Stickstoff enthaltende Polymere, oder Antioxidantien. Insbesondere ist unter „Hilfs-und Zusatzstoffen“ jede für den beabsichtigten Anwendungszweck sinnvolle Substanz zu verstehen, die kein pharmazeutischer oder agrochemischer Wirkstoff und kein Lipid ist, jedoch zusammen mit einem Wirkstoff in einem Wirkstoff-Lipid-Komplex formuliert werden kann, um qualitative Eigenschaften des LNP zu beeinflussen, insbesondere zu verbessern. Bevorzugt entfalten die Hilfs- und/oder Zusatzstoffe e) keine oder im Hinblick auf die beabsichtigte Behandlung keine nennenswerte oder zumindest keine unerwünschte Wirkung.In the context of this description, “auxiliaries and additives” are understood to mean substances that are added to a formulation in order to give it certain additional properties and/or to facilitate its processing. Examples of excipients and additives are sugars such as sucrose, contrast agents, carriers, fillers, pigments, dyes, perfumes, radiopharmaceuticals such as tracers, lubricants, UV stabilizers, polymers such as nitrogen-containing polymers, or antioxidants. In particular, “auxiliaries and additives” are understood to mean any substance that is useful for the intended application and is not a pharmaceutical or agrochemical active ingredient or a lipid, but can be formulated together with an active ingredient in an active ingredient-lipid complex in order to influence, in particular to improve, the qualitative properties of the LNP. Preferably, the excipients and/or additives e) have no effect or, with regard to the intended treatment, no significant effect or at least no undesirable effect.

Unter HLB-Wert ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ein Zahlenwert zwischen 0 und 20 zu verstehen, der nach der folgenden Formel berechnet wird HLB = 20 * ( 1 M I / M ) ,

Figure DE102023001946A1_0001
wobei M, die Molmasse des lipophilen Anteils eines Moleküls ist und M die Molmasse des gesamten Moleküls darstellt.In the context of this description, HLB value is understood to be a numerical value between 0 and 20, which is calculated according to the following formula HLB = 20 * ( 1 M I / M ) ,
Figure DE102023001946A1_0001
where M is the molar mass of the lipophilic portion of a molecule and M is the molar mass of the entire molecule.

Im Rahmen der Erfindung wird zur Ermittlung des HLB-Wertes der Lipide die frei zugängliche Software MarvinSketch 23.4 verwendet (vergl. https://docs.chemaxon.-com/display/docs/hlb-predictor.md#src-1806640-hlbpredictor-fig-1) und der HLB nach Griffin ermittelt, da die Methode nach Davis für Stealth-Lipide mit vielen Wiederholungseinheiten nicht optimal ist.In the context of the invention, the freely accessible software MarvinSketch 23.4 is used to determine the HLB value of the lipids (cf. https://docs.chemaxon.-com/display/docs/hlb-predictor.md#src-1806640-hlbpredictor-fig-1) and the HLB is determined according to Griffin, since the Davis method is not optimal for stealth lipids with many repeat units.

Stark lipophile Verbindungen weisen im Allgemeinen HLB-Werte von 1 bis 3 auf. Dabei handelt es sich um hydrophile (öllösliche) Lipide, wie Antischaummittel. Verbindungen mit nennenswerten hydrophilen Anteilen sind in Wasser dispergierbar und weisen HLB-Werte von 3 bis 9 auf. Dazu zählen W/O-Emulgatoren mit HLB-Werten von 3 bis 6 und Netzmittel mit HLB-Werten von 7 bis 9. Hydrophile (wasserlösliche) Lipide haben HLB-Werte von 9 bis 18. Dazu zählen O/W-Emulgatoren mit HLB-Werten von 8 bis 18, waschaktive Substanzen mit HLB-Werten von 13 bis 15 und Solubilisatoren mit HLB-Werten von 15 bis 18. Phospholipide haben in der Regel HLB-Werte von 4 bis 5. Vorzugsweise weisen alle Lipide in den erfindungsgemäßen Nanopartikeln HLB-Werte von 3 bis 20, insbesondere von 3 bis 18, besonders bevorzugt 4 bis 17,5 auf.Highly lipophilic compounds generally have HLB values of 1 to 3. These are hydrophilic (oil-soluble) lipids, such as antifoam agents. Compounds with significant hydrophilic portions are dispersible in water and have HLB values of 3 to 9. These include W/O emulsifiers with HLB values of 3 to 6 and wetting agents with HLB values of 7 to 9. Hydrophilic (water-soluble) lipids have HLB values of 9 to 18. These include O/W emulsifiers with HLB values of 8 to 18, detergents with HLB values of 13 to 15 and solubilizers with HLB values of 15 to 18. Phospholipids generally have HLB values of 4 to 5. Preferably, all lipids in the nanoparticles according to the invention have HLB values of 3 to 20, in particular 3 to 18, particularly preferably 4 to 17.5.

Die erfindungsgemäßen BLNP lassen sich mit Wirkstoffen beladen, die mindestens eine anionische Gruppe aufweisen. Die Erfindung betrifft daher auch die oben beschriebenen LNP, die mit anionischen Gruppen aufweisenden Wirkstoffen beladen sind.The BLNPs according to the invention can be loaded with active substances that have at least one anionic group. The invention therefore also relates to the LNPs described above that are loaded with active substances that have anionic groups.

In den erfindungsgemäßen BLNP beträgt der molare Anteil (mol%) des kationischen Lipids a) oder der kombinierten Menge an Lipiden a) typischerweise 51 bis 94,9 %, vorzugsweise 55 bis 89,5 %, besonders bevorzugt 60 bis 85 % und ganz besonders bevorzugt 75 bis 82 %.In the BLNPs according to the invention, the molar fraction (mol%) of the cationic lipid a) or the combined amount of lipids a) is typically 51 to 94.9%, preferably 55 to 89.5%, particularly preferably 60 to 85% and most preferably 75 to 82%.

In den erfindungsgemäßen BLNP beträgt der molare Anteil (mol%) des Phospholipids b) oder der kombinierten Menge an Lipiden b) typischerweise 5 bis 40 %, vorzugsweise 10 bis 30 %, besonders bevorzugt 14 bis 25 % und ganz besonders bevorzugt 15 bis 18 %.In the BLNPs according to the invention, the molar fraction (mol%) of the phospholipid b) or the combined amount of lipids b) is typically 5 to 40%, preferably 10 to 30%, particularly preferably 14 to 25% and most preferably 15 to 18%.

In den erfindungsgemäßen BLNP beträgt der molare Anteil (mol%) des Stealth-Lipids c) oder der kombinierten Menge an Lipiden c) typischerweise 0,1 bis 10 %, vorzugsweise 0,5 bis 5 % und ganz besonders bevorzugt 1 bis 3 %.In the BLNPs according to the invention, the molar fraction (mol%) of the stealth lipid c) or the combined amount of lipids c) is typically 0.1 to 10%, preferably 0.5 to 5% and most preferably 1 to 3%.

Dabei beziehen sich die oben angegebenen Prozentzahlen auf die Gesamtstoffmenge der im BLNP enthaltenen Lipide.The percentages given above refer to the total amount of lipids contained in the BLNP.

Enthalten die erfindungsgemäßen BLNP weitere Lipide d) mit HLB-Werten von mindestens 3, die nicht einer der Gruppen a) bis c) angehören, so beträgt der Gewichtsanteil dieser Lipide d) höchstens 10 %, vorzugsweise höchstens 5 % und insbesondere höchstens 1 %.If the BLNPs according to the invention contain further lipids d) with HLB values of at least 3 which do not belong to one of the groups a) to c), the weight proportion of these lipids d) is at most 10%, preferably at most 5% and in particular at most 1%.

Enthalten die erfindungsgemäßen BLNP Hilfs- oder Zusatzstoffe e), so beträgt deren Gewichtsanteil insgesamt höchstens 5 %, vorzugsweise höchstens 1 % und insbesondere höchstens 0,5 %.If the BLNPs according to the invention contain auxiliary substances or additives e), their total weight proportion is not more than 5%, preferably not more than 1% and in particular not more than 0.5%.

Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen BLNP keine weiteren Lipide d) und keine Hilfs- oder Zusatzstoffe e).Preferably, the BLNPs according to the invention contain no further lipids d) and no excipients or additives e).

Zu den kationischen Lipiden a) zur Herstellung der erfindungsgemäßen BLNP zählen sämtliche Lipide mit mindestens einer kationischen Gruppe, beispielsweise einer Aminogruppe. Dabei handelt es sich aber nicht um Phospholipide, welche den Lipiden der Gruppe b) zugerechnet werden. Kationische Lipide a) enthalten vorzugsweise keine Phosphatreste.The cationic lipids a) for producing the BLNP according to the invention include all lipids with at least one cationic group, for example an amino group. However, these are not phospholipids, which are classified as lipids in group b). Cationic lipids a) preferably do not contain any phosphate residues.

Beispiele für kationische Gruppen sind Aminogruppen, also primäre, sekundäre und tertiäre Aminogruppen oder quaternäre Ammoniumgruppen; Guanidinogruppen und Amidgruppen, also Gruppen mit sekundären, tertiären und quaternären Amidgruppen; Aminoalkanolgruppen, also Gruppen mit primären, sekundären, tertiären und quaternären Aminogruppen; Phosphangruppen, also primäre, sekundäre und tertiäre Phosphangruppen oder quaternäre Phosphoniumgruppen.Examples of cationic groups are amino groups, i.e. primary, secondary and tertiary amino groups or quaternary ammonium groups; guanidino groups and amide groups, i.e. groups with secondary, tertiary and quaternary amide groups; aminoalkanol groups, i.e. groups with primary, secondary, tertiary and quaternary amino groups; phosphane groups, i.e. primary, secondary and tertiary phosphane groups or quaternary phosphonium groups.

Der hier verwendete Begriff „kationisches Lipid“ bezieht sich auf Lipide, die bei bestimmten pH-Werten, z. B. bei sauren pH-Werten, ein oder mehrere positive Nettoladung(en) aufweisen.The term “cationic lipid” as used here refers to lipids that have one or more positive net charge(s) at certain pH values, e.g., acidic pH values.

Zu den kationischen Lipiden im Rahmen dieser Beschreibung zählen auch ionisierbare kationische Lipide. Ionisierbare kationische Lipide zeichnen sich durch die schwache Basizität ihrer ionisierbaren Gruppen aus, welche die Ladung des Lipids in einer pH-abhängigen Weise beeinflusst. Dadurch werden diese Lipide bei saurem pH-Wert positiv geladen sein, sind aber bei physiologischem pH-Wert nahezu ladungsneutral.The cationic lipids within the scope of this description also include ionizable cationic lipids. Ionizable cationic lipids are characterized by the weak basicity of their ionizable groups, which influences the charge of the lipid in a pH-dependent manner. As a result, these lipids are positively charged at acidic pH, but are almost charge-neutral at physiological pH.

Zu den bevorzugten kationischen Lipiden a) zur Herstellung der erfindungsgemäßen BLNP zählen sämtliche Lipide mit mindestens einer Aminogruppe (die keine Phospholipide sind).The preferred cationic lipids a) for the preparation of the BLNPs according to the invention include all lipids with at least one amino group (which are not phospholipids).

Zu den bevorzugten kationischen Lipiden a) zur Herstellung der erfindungsgemäßen BLNP zählen außerdem ionisierbare Lipide enthaltend mindestens eine Aminogruppe (die keine Phospholipide sind). Diese haben die Eigenschaft, dass sie im sauren pH-Bereich von 4 bis 7 am Stickstoffatom über eine Protonierung eine positive Ladung ausbilden und dass sie im basischen pH-Bereich oberhalb von 7 nahezu neutral vorliegen.The preferred cationic lipids a) for producing the BLNPs according to the invention also include ionizable lipids containing at least one amino group (which are not phospholipids). These have the property that they form a positive charge on the nitrogen atom via protonation in the acidic pH range from 4 to 7 and that they are almost neutral in the basic pH range above 7.

Besonders bevorzugt werden ionisierbare Lipide a) zur Herstellung der erfindungsgemäßen BLNP eingesetzt, die mindestens eine Aminogruppe (die keine Phospholipide sind), insbesondere ein bis zwei Aminogruppen und ganz besonders bevorzugt eine Aminogruppe enthalten, wobei diese Aminogruppe(n) eines pKs-Wert von 7 bis 9 aufweist/aufweisen.Particularly preferably, ionizable lipids a) are used for the preparation of the BLNPs according to the invention which contain at least one amino group (which are not phospholipids), in particular one to two amino groups and very particularly preferably one amino group, wherein this amino group(s) has/have a pKa value of 7 to 9.

Vorzugsweise haben die kationischen Lipide a) keine Phosphatreste sowie ein oder zwei Stickstoffatome, vorzugsweise ein Stickstoffatom, und mindestens einen Alkylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-CO- oder eine Amidgruppe -CO-NH- oder -NH-COunterbrochen sein kann, und/oder mindestens einen Alkylenrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarte Doppelbindungen. Diese Stickstoffatome können als Aminogruppen, Amidgruppen oder als Alkanolaminogruppen vorliegen, vorzugsweise als Aminogruppen.The cationic lipids preferably have a) no phosphate residues and one or two nitrogen atoms, preferably one nitrogen atom, and at least one alkyl residue with six to twenty carbon atoms, which can optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO- or an amide group -CO-NH- or -NH-CO, and/or at least one alkylene residue with six to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds that are not directly adjacent to one another. These nitrogen atoms can be present as amino groups, amide groups or as alkanolamino groups, preferably as amino groups.

Besonders bevorzugt haben die kationischen Lipide a) keine Phosphatreste sowie ein oder zwei Stickstoffatome und mindestens zwei Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-CO- oder eine Amidgruppe -CO-NH- oder -NH-CO- unterbrochen sein können, oder einer oder beide dieser Alkylreste sind durch einen oder zwei Alkylenreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarten Doppelbindungen ersetzt.The cationic lipids particularly preferably have a) no phosphate residues and one or two nitrogen atoms and at least two alkyl residues having six to twenty carbon atoms, which may optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO- or an amide group -CO-NH- or -NH-CO-, or one or both of these alkyl residues are replaced by one or two alkylene residues having six to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds which are not directly adjacent to one another.

Besonders bevorzugte kationische Lipide a) haben die Struktur der Formel (I)

Figure DE102023001946A1_0002
worin

  • R1 ein Rest der Formel R4R5N-(CmH2m)-, CH3-(CnH2n)-O-(CoH20)-, HO-(CmH2m)-, HO-CH2-CH(OH)-CH2-, CH3-(CH2)n-O-CO-(CmH2m)-, CH3-(CnH2n)-CO-O-(CmHam)-, NC-(CoH2o)-, HO-CH2-CH((CoH2o)-CH3 )-, CH3-(CoH20)-CH(OH)-(CpH2p)-, CH3-(CnH2n)-CO-NH-(CoH2,)-, (HO-CH((CqH2q)-CH3)-CH((CoH2o)-OH)- oder C6H10(OH)- ist,
  • R2 und R3 unabhängig voneinander Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-COunterbrochen sein können, und/oder Alkylenreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarten Doppelbindungen sind,
  • R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkylreste mit ein bis fünf Kohlenstoffatomen sind oder beide Reste R4 und R5 zusammen mit dem gemeinsamen Stickstoffatom einen Pyrrolidin- oder Piperidinrest bilden,
  • m eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist,
  • n eine ganze Zahl von 0 bis 6 bedeutet,
  • o und p unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 6 sind,
  • q eine ganze Zahl von 2 bis 16 ist, und
  • r 0 oder 1 bedeutet.
Particularly preferred cationic lipids a) have the structure of formula (I)
Figure DE102023001946A1_0002
wherein
  • R 1 is a radical of the formula R 4 R 5 N-(C m H 2m )-, CH 3 -(C n H 2n )-O-(C o H 20 )-, HO-(C m H 2m )-, HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -, CH 3 -(CH 2 ) n -O-CO-(C m H 2m )-, CH 3 -(C n H 2n )-CO-O-(C m H am )-, NC-(CoH 2 o)-, HO-CH 2 -CH((CoH 2 o)-CH 3 )-, CH 3 -(CoH 20 )-CH(OH)-(C p H 2p )-, CH 3 -(C n H 2n )-CO-NH-(C o H 2 ,)-, (HO-CH((C q H 2q )-CH 3 )-CH((C o H 2o )-OH)- or C 6 H 10 (OH)- is,
  • R 2 and R 3 are independently alkyl radicals having six to twenty carbon atoms, which may optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO, and/or alkylene radicals having six to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds not directly adjacent to one another,
  • R 4 and R 5 are independently hydrogen or alkyl radicals having one to five carbon atoms or both radicals R 4 and R 5 together with the common nitrogen atom form a pyrrolidine or piperidine radical,
  • m is an integer from 2 to 6,
  • n is an integer from 0 to 6,
  • o and p are independently integers from 1 to 6,
  • q is an integer from 2 to 16, and
  • r means 0 or 1.

Ganz besonders bevorzugt sind kationische Lipide a) der Formel (I), worin R1 ein Rest der Formel R4R5N-(CH2)m- ist, insbesondere solche, worin m 2 bedeutet.Very particularly preferred are cationic lipids a) of the formula (I) in which R 1 is a radical of the formula R 4 R 5 N-(CH 2 ) m -, in particular those in which m is 2.

Äußerst bevorzugt sind kationische Lipide a) der Formel (I), worin R1 ein Rest der Formel R4R5N-(CH2)2- ist, und R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind oder worin oder beide Reste R4 und R5 zusammen mit dem gemeinsamen Stickstoffatom einen Pyrrolidin- oder Piperidinrest bilden.Extremely preferred are cationic lipids a) of the formula (I), in which R 1 is a radical of the formula R 4 R 5 N-(CH 2 ) 2 -, and R 4 and R 5 are independently hydrogen, methyl or ethyl or in which one or both radicals R 4 and R 5 together with the common nitrogen atom form a pyrrolidine or piperidine radical.

Zu den weiteren besonders bevorzugten kationischen Lipiden a) zählen solche der Formel (I), worin R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt werden aus den Resten der Gruppe

  • -(CsH2s)-CH3, -CH2-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3), -CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3),
  • -(CsH2s)-O-CO-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3),
  • -(CsH2s)-CO-O-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3),
  • -(CsH2s)-CO-O-(CtH2t)-CH3, -(CsH2s)-O-CO-(CtH2t)-CH3,
  • -(CsH2s)-O-CO-CH2-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3),
  • -(CsH2s)-CO-O-CH2-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3),
  • -CH((CsH2s)-O-CO-CH2-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CHa))2,
  • -CH((CsH2s)-CO-O-CH2-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3))2,
  • -CH((CsH2s)-O-CO-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3))2,
  • -CH((CsH2s)-CO-O-CH((CtH2t)-CH3)((CuH2u)-CH3))2,
  • -(CtH2t)-CH=CH-CH2-CH=CH-(CuH2u)-CH3,
  • -CH((CtH2t)-CH=CH-CH2-CH=CH-(CuH2u)-CH3)2,
  • -(CtH2t)-CH=CH-(CuH2u)-CH3 und -CH((CtH2t)-CH=CH-(CuH2u)-CH3)2,
  • -(CtH2t)-CH=C(CH3)-CH2-CH=CH-(CuH2u)-CH3,
  • -CH((CtH2t)-CH=C(CH3)-CH2-CH=CH-(CuH2u)-CH3)2,
  • -(CtH2t)-CH=C(CH3)-(CuH2u)-CH3 und -CH((CtH2t)-CH=C(CH3)-(CuH2u)-CH3)2,
  • -(CtH2t)-C6H11 und -C6H10-C(CH3)3,

worin
s eine ganze Zahl von 4 bis 20 ist, und
t und u unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 10 bedeuten.Other particularly preferred cationic lipids a) include those of formula (I) in which R 2 and R 3 are independently selected from the residues of the group
  • -(C s H 2s )-CH 3 , -CH 2 -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ), -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ),
  • -(C s H 2s )-O-CO-CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ),
  • -(C s H 2s )-CO-O-CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ),
  • -(C s H 2s )-CO-O-(CtH 2 t)-CH 3 , -(C s H 2s )-O-CO-(C t H 2t )-CH 3 ,
  • -(C s H 2s )-O-CO-CH 2 -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ),
  • -(C s H 2s )-CO-O-CH 2 -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 ),
  • -CH((C s H 2s )-O-CO-CH 2 -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH a )) 2 ,
  • -CH((C s H 2s )-CO-O-CH 2 -CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 )) 2 ,
  • -CH((C s H 2s )-O-CO-CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 )) 2 ,
  • -CH((C s H 2s )-CO-O-CH((C t H 2t )-CH 3 )((C u H 2u )-CH 3 )) 2 ,
  • -(C t H 2t )-CH=CH-CH 2 -CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 ,
  • -CH((C t H 2t )-CH=CH-CH 2 -CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 ) 2 ,
  • -(C t H 2t )-CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 and -CH((C t H 2t )-CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 ) 2 ,
  • -(C t H 2t )-CH=C(CH 3 )-CH 2 -CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 ,
  • -CH((C t H 2t )-CH=C(CH 3 )-CH 2 -CH=CH-(C u H 2u )-CH 3 ) 2 ,
  • -(C t H 2t )-CH=C(CH 3 )-(C u H 2u )-CH 3 and -CH((C t H 2t )-CH=C(CH 3 )-(C u H 2u )-CH 3 ) 2 ,
  • -(CtH 2 t)-C 6 H 11 and -C 6 H 10 -C(CH 3 ) 3 ,

wherein
s is an integer from 4 to 20, and
t and u independently represent integers from 1 to 10.

Ganz besonders bevorzugt sind kationische Lipide a) der Formel (I), worin R1 ein Rest der Formel R4R5N-(CH2)2- ist, und R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff, Methyl oder Ethyl sind oder worin oder beide Reste R4 und R5 zusammen mit dem gemeinsamen Stickstoffatom einen Pyrrolidin- oder Piperidinrest bilden,

  • R2 und R3 unabhängig voneinander ausgewählt werden aus den Resten der Formel -(CH2)v-O-CO-R5 oder -(CH2)v-CO-O-R6,
  • v eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise von 5 bis 12 ist, und
  • R5 und R6 unabhängig voneinander Alkylreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und/oder Alkenylreste mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen und mit ein oder vorzugsweise zwei ethylenisch ungesättigten nicht direkt zueinander benachbarten Bindungen bedeuten, insbesondere Reste ausgewählt aus der Gruppe
  • -(CvH2v)-CH3, -(CH2)w-C6H11, -C6H10-C(CH3)3, -CH((CH2)x-CH3)((CH2)y,-CH3),
  • -CH2-CH((CH2)×-CH3)((CH2)y-CH3), -CH((CH2)×-C(CH3)3)((CH2)y-C(CH3)3) ,
  • -CH2-CH((CH2)x-C(CH3)3((CH2)y-C(CH3)3,
  • -(CH2)w-CH((CH2)xCH3)((CH2)y-CH=C(CH3)2),
worin
  • v eine ganze Zahl von 7 bis 12 ist
  • w eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist
  • x und y unabhängig voneinander ganze Zahlen von 0 bis 12 bedeuten, und ganz besonders bevorzugt Reste ausgewählt aus der Gruppe
    • -CH(CH2-CH3)((CH2)3-CH3), -CH((CH2)5-CH3)((CH2)7-CH3),
    • -CH((CH2)5-CH3)((CH2)5-CH3), -CH((CH2)y-CH3)((CH2)7-CH3),
    • -CH((CH2)5-CH3)((CH2)3-CH3), -CH((CH2)9-CH3)((CH2)11-CH3),
    • -CH((CH2)9-CH3)((CH2)7-CH3), -CH((CH2)2-CH3)((CH2)2-CH3),
    • -CH((CH2)5-CH3)((CH2)7-CH3), CH((CH2)3-CH3)((CH2)3-CH3),
    • -CH(CH3)-(CH2)9-CH3, -CH2-CH((CH2)5-CH3)((CH2)5-CH3),
    • -CH2-CH((CH2)7-CH3)((CH2)7-CH3), -CH2-CH((CH2)5-CH3)((CH2)3-CH3),
    • -CH2-CH((CH2)9-CH3)((CH2)11-CH3), -CH2-CH((CH2)9-CH3)((CH2)7-CH3),
    • -CH2-CH((CH2)2-CH3)((CH2)2-CH3), -CH2-CH((CH2)5-CH3)((CH2)7-CH3),
    • -CH2-CH((CH2)3-CH3)((CH2)3-CH3), -(CH2)7-CH3, -(CH2)10-CH3, -(CH2)11-CH3
    • -CH2-CH=CH-(CH2)7-CH3, -(CH2)8-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)4-CH3,
    • -CH2-CH=C(CH3)-(CH2)3-CH(CH3)-(CH2)3-CH(CH3)-(CH2)3-CH(CH3)2,
    • -(CH2)2-C6H11 und -C6H10-C(CH3)3,
Very particularly preferred are cationic lipids a) of the formula (I), in which R 1 is a radical of the formula R 4 R 5 N-(CH 2 ) 2 -, and R 4 and R 5 are independently hydrogen, methyl or ethyl or in which or both radicals R 4 and R 5 together with the common nitrogen atom form a pyrrolidine or piperidine radical,
  • R 2 and R 3 are independently selected from the radicals of the formula -(CH 2 ) v -O-CO-R 5 or -(CH 2 ) v -CO-OR 6 ,
  • v is an integer from 1 to 20, preferably from 5 to 12, and
  • R 5 and R 6 independently of one another represent alkyl radicals having 6 to 20 carbon atoms and/or alkenyl radicals having 6 to 20 carbon atoms and having one or preferably two ethylenically unsaturated bonds which are not directly adjacent to one another, in particular radicals selected from the group
  • -(C v H 2v )-CH 3 , -(CH 2 ) w -C 6 H 11 , -C 6 H 10 -C(CH 3 ) 3 , -CH((CH 2 ) x -CH 3 )((CH 2 ) y ,-CH 3 ),
  • -CH 2 -CH((CH 2 ) × -CH 3 )((CH 2 ) y -CH 3 ), -CH((CH 2 ) × -C(CH 3 ) 3 )((CH 2 ) y -C(CH 3 ) 3 ) ,
  • -CH 2 -CH((CH 2 ) x -C(CH 3 ) 3 ((CH 2 ) y -C(CH 3 ) 3 ,
  • -(CH 2 ) w -CH((CH 2 ) x CH 3 )((CH 2 ) y -CH=C(CH 3 ) 2 ),
wherein
  • v is an integer from 7 to 12
  • w is an integer from 1 to 4
  • x and y independently represent integers from 0 to 12, and most preferably radicals selected from the group
    • -CH(CH 2 -CH 3 )((CH 2 ) 3 -CH 3 ), -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ),
    • -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 5 -CH 3 ), -CH((CH 2 )y-CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ),
    • -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 3 -CH 3 ), -CH((CH 2 ) 9 -CH 3 )((CH 2 ) 11 -CH 3 ),
    • -CH((CH 2 ) 9 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ), -CH((CH 2 ) 2 -CH 3 )((CH 2 ) 2 -CH 3 ),
    • -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ), CH((CH 2 ) 3 -CH 3 )((CH 2 ) 3 -CH 3 ),
    • -CH(CH 3 )-(CH 2 ) 9 -CH 3 , -CH 2 -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 5 -CH 3 ),
    • -CH 2 -CH((CH 2 ) 7 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ), -CH 2 -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 3 -CH 3 ),
    • -CH 2 -CH((CH 2 ) 9 -CH 3 )((CH 2 ) 11 -CH 3 ), -CH 2 -CH((CH 2 ) 9 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ),
    • -CH 2 -CH((CH 2 ) 2 -CH 3 )((CH 2 ) 2 -CH 3 ), -CH 2 -CH((CH 2 ) 5 -CH 3 )((CH 2 ) 7 -CH 3 ),
    • -CH 2 -CH((CH 2 ) 3 -CH 3 )((CH 2 ) 3 -CH 3 ), -(CH 2 ) 7 -CH 3 , -(CH 2 ) 10 -CH 3 , -(CH 2 ) 11 -CH 3
    • -CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -CH 3 , -(CH 2 ) 8 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 4 -CH 3 ,
    • -CH 2 -CH=C(CH 3 )-(CH 2 ) 3 -CH(CH 3 )-(CH 2 ) 3 -CH(CH 3 )-(CH 2 ) 3 -CH(CH 3 ) 2 ,
    • -(CH 2 ) 2 -C 6 H 11 and -C 6 H 10 -C(CH 3 ) 3 ,

Die kationischen Lipide a) bilden vorzugsweise im pH-Bereich von 5 bis 8 am Stickstoffatom eine positive Ladung aus. Die Verbindungen der Formel (I) liegen dann als kationische Verbindungen der Formel (II) vor

Figure DE102023001946A1_0003
worin

  • R1, R2, R3 und r die oben definierte Bedeutung besitzen,
  • j eine ganze Zahl ist welche der Anzahl der Stickstoffatome in der Verbindung der Formel (II) entspricht, vorzugsweise 1 oder 2 ist,
  • i eine ganze Zahl von 1 bis 5000 ist, und
  • X ein i-wertiges Anion bedeutet.
The cationic lipids a) preferably form a positive charge on the nitrogen atom in the pH range from 5 to 8. The compounds of formula (I) are then present as cationic compounds of formula (II)
Figure DE102023001946A1_0003
wherein
  • R 1 , R 2 , R 3 and r have the meaning defined above,
  • j is an integer corresponding to the number of nitrogen atoms in the compound of formula (II), preferably 1 or 2,
  • i is an integer from 1 to 5000, and
  • X represents an i-valent anion.

Es können beliebige anorganische oder organische i-wertige Anionen X eingesetzt werden.Any inorganic or organic i-valent anions X can be used.

Beispiele für anorganische Anionen Xi- sind Halogenidionen, wie Fluorid, Chlorid, Bromid oder lodid, oder Hydroxidionen oder Anionen anorganischer Säuren, wie Phosphat, Sulfat, Nitrat, Hexafluorophosphat, Tetrafluoroborat, Perchlorat, Chlorat, Hexafluoroantimonat, Hexafluoroarsenat, Cyanid.Examples of inorganic anions X i- are halide ions, such as fluoride, chloride, bromide or iodide, or hydroxide ions or anions of inorganic acids, such as phosphate, sulfate, nitrate, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, perchlorate, chlorate, hexafluoroantimonate, hexafluoroarsenate, cyanide.

Beispiele für organische Anionen Xi- sind Anionen ein- oder mehrwertiger Carbonsäuren oder ein- oder mehrwertiger Sulfonsäuren, wobei diese Säuren gesättigt oder ungesättigt sein können. Beispiele für Anionen organischer Säuren sind Acetat, Formiat, Trifluoroacetat, Trifluormethansulfonat, Pentafluorethansulfonat, Nonofluorbutansulfonat, Butyrat, Citrat, Fumarat, Glutarat, Lactat, Malat, Malonat, Oxalat, Pyruvat oder Tartrat.Examples of organic anions X i- are anions of mono- or polybasic carboxylic acids or mono- or polybasic sulfonic acids, whereby these acids can be saturated or unsaturated. Examples of anions of organic acids are acetate, formate, trifluoroacetate, trifluoromethanesulfonate, pentafluoroethanesulfonate, nonofluorobutanesulfonate, butyrate, citrate, fumarate, glutarate, lactate, malate, malonate, oxalate, pyruvate or tartrate.

Diese Anionen können in der Form von Polyanionen vorliegen.These anions can exist in the form of polyanions.

Weitere bevorzugte kationischen Lipide a) enthalten eine quaternäre Ammoniumgruppe. Beispiele für solche Lipide sind Verbindungen der Formel (IIa)

Figure DE102023001946A1_0004
worin

  • R1a, R2a und R3a unabhängig voneinander Alkylreste mit ein bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-COunterbrochen sein können, und/oder Alkylenreste mit zwei bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarten Doppelbindungen sind,
  • R4a ein Alkylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, der gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-CO- unterbrochen sein kann, und/oder einen Alkylenrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarten Doppelbindungen ist, oder worin zwei Reste R1a und R2a zusammen mit dem gemeinsamen Stickstoffatom einen Pyrrolidin- oder Piperidinrest bilden, und
  • X, i und j die weiter oben definierte Bedeutung besitzen.
Further preferred cationic lipids a) contain a quaternary ammonium group. Examples of such lipids are compounds of the formula (IIa)
Figure DE102023001946A1_0004
wherein
  • R 1a , R 2a and R 3a are independently alkyl radicals having one to twenty carbon atoms, which may optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO, and/or alkylene radicals having two to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds which are not directly adjacent to one another,
  • R 4a is an alkyl radical having six to twenty carbon atoms, which may optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO-, and/or an alkylene radical having six to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds which are not directly adjacent to one another, or in which two radicals R 1a and R 2a together with the common nitrogen atom form a pyrrolidine or piperidine radical, and
  • X, i and j have the meaning defined above.

Ganz besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Nanopartikel kationischen Lipide, die ausgewählt sind aus der Gruppe N,N-Dioleyl-N,N-dimethylammoniumchlorid (DODAC); N-(2,3-Dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammoniumchlorid (DOTMA); N,N-Distearyl-N,N-dimethylammoniumbromid (DDAB); N-(2,3-Dioleoyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammoniumchlorid (DOTAP); 3-(N-(N',N'-Dimethylaminoethan)-carbamoyl)-cholesterol (DC-Chol), N-(1-(2,3-Dioleoyloxy)propyl)N-2-(spermin-carboxamido)ethyl)-N,N-dimethylammonium-trifluoroacetat (DOSPA), 1,2-Dioleoyl-sn-3phosphoethanolamin (DOPE), Dioctadecylamidoglycylcarboxyspermin (DOGS), 1,2-Dioleoyl-3-dimethylammonium-propan (DODAP), N,N-Dimethyl-2,3-dioleoyloxy)propylamin (DODMA), N-(1,2-Dimyristyloxyprop-3-yl)-N,N-dimethyl-N-hydroxyethylammoniumbromid (DMRIE). 1,2-Dilinoleyloxy-N,N-dimethylaminopropan (DLinDMA), und 1,2-Dilinolenyloxy-N,N-dimethylaminopropan (DLenDMA).The nanoparticles according to the invention very particularly preferably contain cationic lipids which are selected from the group N,N-dioleyl-N,N-dimethylammonium chloride (DODAC); N-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTMA); N,N-distearyl-N,N-dimethylammonium bromide (DDAB); N-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTAP); 3-(N-(N',N'-dimethylaminoethane)-carbamoyl)-cholesterol (DC-Chol), N-(1-(2,3-dioleoyloxy)propyl)N-2-(spermine-carboxamido)ethyl)-N,N-dimethylammonium trifluoroacetate (DOSPA), 1,2-dioleoyl-sn-3phosphoethanolamine (DOPE), Dioctadecylamidoglycylcarboxyspermine (DOGS), 1,2-dioleoyl-3-dimethylammonium propane (DODAP), N,N-dimethyl-2,3-dioleoyloxy)propylamine (DODMA), N-(1,2-dimyristyloxyprop-3-yl)-N,N-dimethyl-N-hydroxyethylammonium bromide (DMRIE). 1,2-Dilinoleyloxy-N,N-dimethylaminopropane (DLinDMA), and 1,2-dilinolenyloxy-N,N-dimethylaminopropane (DLenDMA).

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Phospholipiden b) handelt es sich im Allgemeinen um Lipide, die neben mindestens einem Lipidrest einen damit verbundenen Rest eines mehrwertigen Alkohols aufweisen, an den wiederum eine Phosphatgruppe gebunden ist, welche über eine Esterbindung mit einer Kopfgruppe verknüpft ist.The phospholipids b) used according to the invention are generally lipids which, in addition to at least one lipid residue, have an associated residue of a polyhydric alcohol, to which in turn a phosphate group is bound, which is linked to a head group via an ester bond.

Ein Phospholipid b) besitzt im Allgemeinen eine Struktur der Formel (III) (LP)np-BG-O-P(O)(OMe)-O-KG (III) worin

  • LP ein Rest einer Fettsäure ist,
  • BG eine (np+1)-wertige Brückengruppe ist,
  • np eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, vorzugsweise 1 oder 2,
  • Me Wasserstoff, ein ein- oder zweiwertiges Metallkation oder ein Ammoniumkation ist,
  • KG eine Kopfgruppe bedeutet, welche einen aliphatischen Rest enthaltend mindestens eine Hydroxylgruppe darstellt, vorzugsweise einen aliphatischen Rest mit einer Hydroxylgruppe und einer Aminogruppe mit einer Hydroxylgruppe und einer quaternären Ammoniumgruppe oder den Rest eines Kohlehydrats mit fünf bis sechs Hydroxylgruppen, wobei
  • Reste LP im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
A phospholipid b) generally has a structure of the formula (III) (LP) np -BG-OP(O)(OMe)-O-KG (III) wherein
  • LP is a residue of a fatty acid,
  • BG is an (np+1)-valent bridging group,
  • np is an integer from 1 to 5, preferably 1 or 2,
  • Me is hydrogen, a monovalent or divalent metal cation or an ammonium cation,
  • KG represents a head group which is an aliphatic radical containing at least one hydroxyl group, preferably an aliphatic radical having one hydroxyl group and one amino group, one hydroxyl group and one quaternary ammonium group or the radical of a carbohydrate having five to six hydroxyl groups, where
  • Residues LP can assume different meanings within a molecule within the given definitions.

Im Allgemeinen haben die Phospholipide b) der Formel (III) ein bis fünf Reste LP, vorzugsweise ein oder zwei Reste LP, wobei es sich um Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigte Alkenylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder gesättigte oder einbis dreifach-ethylenisch ungesättigte Fettsäurereste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen handelt, wobei mehrere Doppelbindungen in einem Alkenylrest nicht direkt zueinander benachbart sind.In general, the phospholipids b) of the formula (III) have one to five LP residues, preferably one or two LP residues, which are alkyl residues having six to twenty carbon atoms, and/or mono- to tri-ethylenically unsaturated alkenyl residues having six to twenty carbon atoms, and/or saturated or mono- to tri-ethylenically unsaturated fatty acid residues having six to twenty carbon atoms, wherein several double bonds in an alkenyl residue are not directly adjacent to one another.

Im Allgemeinen haben die Phospholipide b) der Formel (III) ein bis fünf Reste LP, welche über eine Brückgruppe BG über eine Phosphatgruppe mit der Kopfgruppe verbunden sind, wobei es sich bei der Brückgruppe BG um den Rest eines zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkohols oder eines zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Aminoalkohols handelt. In general, the phospholipids b) of the formula (III) have one to five residues LP which are linked to the head group via a bridging group BG via a phosphate group, wherein the bridging group BG is the residue of a di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohol or a di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic amino alcohol.

Beispiele für Reste von zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkoholen sind Gruppen, die sich ableiten von Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Propantriol, Pentaetythrit oder Inosit.Examples of residues of di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohols are groups derived from ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, propanetriol, pentaethylthritol or inositol.

Beispiele für Reste von zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Aminoalkoholen sind Gruppen, die sich ableiten von 2-Aminoethanol, 3-Aminopropanol, Prolinol, Alaninol, Valinol, Leucinol, Phenylalaninol, Phenylglcinol oder Sphingosin.Examples of residues of di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic amino alcohols are groups derived from 2-aminoethanol, 3-aminopropanol, prolinol, alaninol, valinol, leucinol, phenylalaninol, phenylglycinol or sphingosine.

Bevorzugte Phospholipide b) weisen als Brückengruppe einen von Glycerin abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (IVa) oder (IVb)

Figure DE102023001946A1_0005
Figure DE102023001946A1_0006
worin

  • LP ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind,
  • KG und Me die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen, und
  • die Reste LP im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Preferred phospholipids b) have a residue derived from glycerol as a bridging group and have the structure of formula (IVa) or (IVb)
Figure DE102023001946A1_0005
Figure DE102023001946A1_0006
wherein
  • LP is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to each other,
  • KG and Me have the meanings defined above, and
  • the residues LP can assume different meanings within a molecule within the given definitions.

Weitere bevorzugte Phospholipide b) weisen als Brückengruppe einen von Sphingosin abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (Va) oder (Vb)

Figure DE102023001946A1_0007
Figure DE102023001946A1_0008
worin

  • LP ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind,
  • KG und Me die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen,
  • mp eine ganze Zahl von 2 bis 8 insbesondere 6 ist, und
  • die Reste LP in der Verbindung der Formel (Vb) im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Further preferred phospholipids b) have a residue derived from sphingosine as a bridging group and have the structure of the formula (Va) or (Vb)
Figure DE102023001946A1_0007
Figure DE102023001946A1_0008
wherein
  • LP is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to each other,
  • KG and Me have the meanings defined above,
  • mp is an integer from 2 to 8, in particular 6, and
  • the residues LP in the compound of formula (Vb) can assume different meanings within one molecule within the framework of the given definitions.

Weitere bevorzugte Phospholipide b) weisen als Kopfgruppe KG einen von einem aliphatischen Aminoalkohol abgeleiteten Rest oder einen von Inosit abgeleiteten Rest auf.Further preferred phospholipids b) have as head group KG a residue derived from an aliphatic amino alcohol or a residue derived from inositol.

Besonders bevorzugt sind Phospholipide b) mit Kopfgruppen KG der Formel (Vla), (Vlb) oder (VIc) -O-(CppH2pp)-NH2 (Vla) -O-(CppH2pp)-N+R6R7R8 (Xpip-)1/ip (Vlb) -O-(Cpp-1H2pp-1)-CH(NH2)(COOH) (VIc) worin

  • pp eine ganze Zahl von 2 bis 6, vorzugsweise 2 ist,
  • R6 Wasserstoff oder C1-C5-Alkyl bedeutet,
  • R7 und R8 unabhängig voneinander C1-C6-Alkyl sind, und
  • XP ein ip-wertiges Anion bedeutet, und
  • ip eine ganze Zahl von 1 bis 3, vorzugsweise 1 oder 2 ist.
Particularly preferred are phospholipids b) with head groups KG of the formula (VIa), (VIb) or (VIc) -O-(C pp H 2pp )-NH 2 (Vla) -O-(C pp H 2pp )-N + R 6 R 7 R 8 (Xp ip- ) 1/ip (Vlb) -O-(C pp-1 H 2pp-1 )-CH(NH 2 )(COOH) (VIc) wherein
  • pp is an integer from 2 to 6, preferably 2,
  • R 6 is hydrogen or C 1 -C 5 alkyl,
  • R 7 and R 8 are independently C 1 -C 6 alkyl, and
  • XP means an ip-valent anion, and
  • ip is an integer from 1 to 3, preferably 1 or 2.

Ganz besonders bevorzugt sind Phospholipide b) mit Kopfgruppen KG, die ausgewählt werden aus der Gruppe Cholin, Ethanolamin, Serin und Inosit.Particularly preferred are phospholipids b) with head groups KG, which are selected from the group choline, ethanolamine, serine and inositol.

Ganz besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Nanopartikel Phospholipide b), die ausgewählt sind aus der Gruppe Distearoylphosphatidylcholin (DSPC), Dioleoylphosphatidylcholin (DOPC), Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerin (DOPG), Dipalmitoylphosphatidylglycerin (DPPG), Dioleoylphosphatidylethanolamin (DOPE), Palmitoyloleoylphosphatidylcholin (POPC), Palmitoyloleoylphosphatidylethanolamin (POPE), Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N-(maleimidomethyl) Natriumsalz (DOPE-mal), Dipalmitoylphosphatidylethanolamin (DPPE), Dimyristoylphosphoethanolamin (DMPE), Distearoylphosphatidylethanolamin (DSPE), 16-0-Monomethyl PE, 16-0-Dimethyl PE, 18-1-Trans PE, 1-Stearioyl-2-oleoylphosphatidyethanolamin (SOPE), und 1,2-Dielaidoyl-sn-glycero-3-phophoethanolamin (transDOPE).The nanoparticles according to the invention very particularly preferably contain phospholipids b) which are selected from the group distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dioleoylphosphatidylcholine (DOPC), dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoyloleoylphosphatidylcholine (POPC), palmitoyloleoylphosphatidylethanolamine (POPE), dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(maleimidomethyl) sodium salt (DOPE-mal), dipalmitoylphosphatidylethanolamine (DPPE), dimyristoylphosphoethanolamine (DMPE), distearoylphosphatidylethanolamine (DSPE), 16-0-monomethyl PE, 16-0-dimethyl PE, 18-1-trans PE, 1-Stearioyl-2-oleoylphosphatidyethanolamine (SOPE), and 1,2-dielaidoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (transDOPE).

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Stealth-Lipiden c) handelt es sich im Allgemeinen um Lipide, die neben mindestens einem Lipidrest mindestens einen damit verbundenen Poly(alkylenoxid)rest, Poly(oxazolin)rest, Polyglycerinrest , Poly(hydroxyalkyl(meth)acrylat)rest, Poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamid)rest, Poly(vinylpyrrolidon)rest, Poly(N,N-dialkyl(meth)acrylamid)rest, Poly(N-(meth)acryloylmorpholin)rest oder Poly(aminosäure)rest aufweisen. Die Verbindung dieser Reste kann durch eine kovalente Bindung oder vorzugsweise über eine Brückengruppe BG erfolgen.The stealth lipids c) used according to the invention are generally lipids which, in addition to at least one lipid residue, have at least one poly(alkylene oxide) residue, poly(oxazoline) residue, polyglycerol residue, poly(hydroxyalkyl(meth)acrylate) residue, poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamide) residue, poly(vinylpyrrolidone) residue, poly(N,N-dialkyl(meth)acrylamide) residue, poly(N-(meth)acryloylmorpholine) residue or poly(amino acid) residue connected to it. These residues can be connected by a covalent bond or preferably via a bridging group BG.

Bevorzugte Stealth-Lipide c) sind PEG-Lipide. Dabei handelt es sich insbesondere um Lipide mit der Struktur der Formel (VII) (LPL)nl-(BGL)ml-(O-CH2-CH2)ol-OR9 (VII) worin

  • LPL ein Alkyl- oder Alkenylrest mit 6-20 Kohlenstoffatomen, ein Rest einer Fettsäure, eines Fettalkohols oder ein Sterinrest ist,
  • BGL eine (nl+1)-wertige Brückengruppe ist,
  • nl eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, vorzugsweise 1 oder 2,
  • ml 0 oder 1, vorzugsweise 1 bedeutet,
  • ol eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist, vorzugsweise 10 bis 200, und R9 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen oder einen Rest
  • LPL darstellt, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl Ethyl oder ein Sterinrest, wobei
  • die Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Preferred stealth lipids c) are PEG lipids. These are in particular lipids with the structure of formula (VII) (LPL) nl -(BGL) ml -(O-CH 2 -CH 2 ) ol -OR 9 (VII) wherein
  • LPL is an alkyl or alkenyl residue with 6-20 carbon atoms, a residue of a fatty acid, a fatty alcohol or a sterol residue,
  • BGL is a (nl+1)-valent bridging group,
  • nl is an integer from 1 to 5, preferably 1 or 2,
  • ml is 0 or 1, preferably 1,
  • ol is an integer from 5 to 500, preferably 10 to 200, and R 9 is hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms or a radical
  • LPL, preferably hydrogen, methyl ethyl or a sterol residue, where
  • the LPL residues can assume different meanings within a molecule within the given definitions.

Im Allgemeinen haben die Stealth-Lipide c) der Formel (VII) ein bis fünf Reste LPL, vorzugsweise ein oder zwei Reste LPL, wobei es sich um Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigte Alkenylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder gesättigte oder einbis dreifach-ethylenisch ungesättigte Fettsäurereste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder gesättigte oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigte Fettalkoholreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder Sterinreste handelt, wobei mehrere Doppelbindungen in einem Alkenylrest nicht direkt zueinander benachbart sind.In general, the stealth lipids c) of formula (VII) have one to five LPL residues, preferably one or two LPL residues, which are alkyl residues with six to twenty carbon atoms, and/or mono- to triethylenically unsaturated alkenyl residues with six to twenty carbon atoms, and/or seeded saturated or mono- to tri-ethylenically unsaturated fatty acid residues having six to twenty carbon atoms, and/or saturated or mono- to tri-ethylenically unsaturated fatty alcohol residues having six to twenty carbon atoms, and/or sterol residues, where several double bonds in an alkenyl residue are not directly adjacent to one another.

Im Allgemeinen haben die Stealth-Lipide c) der Formel (VII) ein bis fünf Reste LPL, welche direkt mit einem PEG-Rest über eine Esterbindung kovalent verbunden sind; oder die Stealth-Lipide c) der Formel (VII) weisen ein bis fünf Reste LPL auf, welche über eine Brückengruppe BGL mit einem Stealth-Rest (PEG, POx oder andere) verbunden sind, wobei es sich bei der Brückengruppe BGL um den Rest eines zweibis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkohols handelt, oder um den Rest einer zwei- bis sechswertigen Carbonsäure oder um einen Carbamatrest oder um den Rest eines Aminoalkohols.In general, the stealth lipids c) of formula (VII) have one to five LPL residues which are covalently linked directly to a PEG residue via an ester bond; or the stealth lipids c) of formula (VII) have one to five LPL residues which are linked to a stealth residue (PEG, POx or others) via a bridging group BGL, wherein the bridging group BGL is the residue of a di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohol, or the residue of a di- to hexavalent carboxylic acid or a carbamate residue or the residue of an amino alcohol.

Beispiele für Reste von zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkoholen sind Gruppen, die sich ableiten von Ethylenglykol, Propylenglykol, Glycerin, Propantriol, Pentaetythrit oder Inosit.Examples of residues of di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohols are groups derived from ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, propanetriol, pentaethylthritol or inositol.

Beispiele für Reste von zwei- bis sechswertigen Carbonsäuren sind Gruppen, die sich ableiten von Oxalsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Trimellithsäure, Trimesinsäure oder Pyromellithsäure.Examples of residues of di- to hexavalent carboxylic acids are groups derived from oxalic acid, maleic acid, fumaric acid, adipic acid, sebacic acid, succinic acid, tartaric acid, terephthalic acid, isophthalic acid, trimellitic acid, trimesic acid or pyromellitic acid.

Beispiele für Carbamatreste sind Gruppen, die sich ableiten von Resten der Formel >N-CO-O-, worin der PEG-Rest an das Sauerstoffatom gebunden ist und ein oder zwei LPL-Reste an das Stickstoffatom.Examples of carbamate residues are groups derived from residues of the formula >N-CO-O-, in which the PEG residue is bonded to the oxygen atom and one or two LPL residues to the nitrogen atom.

Beispiele für Aminoalkoholreste sind Gruppen, die sich ableiten von Resten der Formel >N-R-O-, worin R ein zweiwertiger organischer Rest, vorzugsweise ein Alkylenrest ist, der PEG-Rest an das Sauerstoffatom gebunden ist und ein oder zwei LPL-Reste an das Stickstoffatom. Weitere Aminoalkoholreste können mehrere Aminogruppen und/oder Sauerstoffatome aufweisen, beispielsweise Aminophenole mit zwei Hydroxygruppen und/oder Aminogruppen.Examples of amino alcohol residues are groups derived from residues of the formula >N-R-O-, in which R is a divalent organic residue, preferably an alkylene residue, the PEG residue is bonded to the oxygen atom and one or two LPL residues are bonded to the nitrogen atom. Other amino alcohol residues can have several amino groups and/or oxygen atoms, for example aminophenols with two hydroxy groups and/or amino groups.

Beispiele für Sterinreste sind von gesättigten oder ein- oder zweifach ethylenisch ungesättigten Sterolen (3-Hydroxysterinen) abgeleitete Reste, die vorzugsweise in 17-Position mit einem Alkylrest mit ein bis zehn Kohlenstoffatomen, insbesondere mit einem 2,6-Dimethylhexylrest substituiert sind. Besonders bevorzugt als Sterinrest ist ein von Cholesterol abgeleiteter Rest.Examples of sterol residues are residues derived from saturated or mono- or diethylenically unsaturated sterols (3-hydroxysterols), which are preferably substituted in the 17-position with an alkyl residue having one to ten carbon atoms, in particular with a 2,6-dimethylhexyl residue. A particularly preferred sterol residue is a residue derived from cholesterol.

Bevorzugte Stealth-Lipide c) weisen als Brückengruppe einen von Glycerin abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (VIIIa) oder (VIIIb)

Figure DE102023001946A1_0009
Figure DE102023001946A1_0010
worin

  • LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, oder ein Sterinrest, R9 und ol die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen, und die Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Preferred stealth lipids c) have a glycerol-derived residue as a bridging group and have the structure of formula (VIIIa) or (VIIIb)
Figure DE102023001946A1_0009
Figure DE102023001946A1_0010
wherein
  • LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, or a sterol radical, R 9 and ol have the meanings defined above, and the LPL radicals can assume different meanings within a molecule within the framework of the given definitions.

Weitere bevorzugte Stealth-Lipide c) weisen als Brückengruppe einen von Carbamat abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (IXa) oder (IXb)

Figure DE102023001946A1_0011
Figure DE102023001946A1_0012
worin

  • LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, R9 und ol die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen, und die Reste LPL in der Verbindung der Formel (IXb) im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Further preferred stealth lipids c) have a residue derived from carbamate as a bridging group and have the structure of the formula (IXa) or (IXb)
Figure DE102023001946A1_0011
Figure DE102023001946A1_0012
wherein
  • LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, R 9 and ol have the meanings defined above, and the LPL radicals in the compound of formula (IXb) can assume different meanings within one molecule within the framework of the given definitions.

Weitere bevorzugte Stealth-Lipide c) weisen als Brückengruppe einen von Bernsteinsäure abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (X) LPL-O-OC-CH2-CH2-CO-O-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)ol-1-OR9 (X) worin

  • LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, und R9 und ol die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen.
Further preferred stealth lipids c) have a residue derived from succinic acid as a bridging group and have the structure of formula (X) LPL-O-OC-CH 2 -CH 2 -CO-O-CH 2 -CH 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) ol-1 -OR 9 (X) wherein
  • LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, and R 9 and ol have the meanings defined above.

Zu den erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten PEG-Lipiden c) zählt die nachfolgend aufgelistete Substanz, worin n eine Zahl zwischen 15 bis 200, vorzugsweise zwischen 18 und 70 bedeutet.

Figure DE102023001946A1_0013
The PEG lipids c) preferably used according to the invention include the substance listed below, wherein n is a number between 15 and 200, preferably between 18 and 70.
Figure DE102023001946A1_0013

Ganz besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Nanopartikel PEG-Lipide, die ausgewählt sind aus der Gruppe pegyliertes Diacylglycerin (PEG-DAG), wie z.B. 1-(Monomethoxy-polyethylenglycol)-2,3-dimyristoylglycerin (PEG-DMG), ein pegyliertes Phosphatidylethanolamin (PEG-PE), ein PEG-Succinat-diacylglycerin (PEG-S-DAG), wie z.B. 4-O-(2',3'-Di(tetradecanoyloxy)propyl-1-O-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)butandioat (PEG-S-DMG), ein pegyliertes Ceramid (PEG-cer), oder ein PEG-Dialkoxypropylcarbamat, wie z.B. ω-Methoxy(polyethoxy)ethyl-N-(2,3-di(tetradecanoxy)propyl)carbamat oder 2,3-Di(tetradecanoxy)propyl-N-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)carbamat.The nanoparticles according to the invention very particularly preferably contain PEG lipids which are selected from the group pegylated diacylglycerol (PEG-DAG), such as 1-(monomethoxy-polyethylene glycol)-2,3-dimyristoylglycerol (PEG-DMG), a pegylated phosphatidylethanolamine (PEG-PE), a PEG succinate diacylglycerol (PEG-S-DAG), such as 4-O-(2',3'-di(tetradecanoyloxy)propyl-1-O-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)butanedioate (PEG-S-DMG), a pegylated ceramide (PEG-cer), or a PEG dialkoxypropyl carbamate, such as ω-methoxy(polyethoxy)ethyl-N-(2,3-di(tetradecanoxy)propyl)carbamate or 2,3-Di(tetradecanoxy)propyl-N-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)carbamate.

Weitere besonders bevorzugte Stealth-Lipide c) sind POx-Lipide. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um Polymere, die neben mindestens einem Lipidrest einen damit verbundenen Polyoxazolinrest aufweisen, wobei letzterer durch die Polymerisation von Oxazolin erzeugt worden ist. Die Verbindung beider Reste kann durch eine kovalente Bindung oder über eine Brückengruppe BGL erfolgen.Other particularly preferred stealth lipids c) are POx lipids. These are generally polymers which, in addition to at least one lipid residue, have a polyoxazoline residue connected to it. sen, the latter being produced by the polymerization of oxazoline. The connection of both residues can be achieved by a covalent bond or via a bridging group BGL.

Durch die Polymerisation von Oxazolin-Monomeren erzeugte Polymere weisen das wiederkehrende Strukturelement der Formel (XI) auf

Figure DE102023001946A1_0014
worin R Wasserstoff oder ein einwertiger organischer Rest ist.Polymers produced by the polymerization of oxazoline monomers have the recurring structural element of formula (XI)
Figure DE102023001946A1_0014
where R is hydrogen or a monovalent organic radical.

Ein bevorzugtes POx-Lipid besitzt eine Struktur der Formel (XII)

Figure DE102023001946A1_0015
worin

  • LPL ein Alkyl- oder Alkenylrest mit 6-20 Kohlenstoffatomen, ein Rest einer Fettsäure, eines Fettalkohols oder ein Sterinrest ist,
  • BGL eine (nl+1)-wertige Brückengruppe ist,
  • nl eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, vorzugsweise 1 oder 2,
  • ml 0 oder 1, vorzugsweise 1 bedeutet,
  • ol eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist, vorzugsweise 10 bis 200,
  • R10 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen oder ein Rest
  • LPL darstellt, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl Ethyl oder ein Sterinrest, und
  • R11 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl bedeutet, wobei
  • Reste LPL, und R11 im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
A preferred POx lipid has a structure of formula (XII)
Figure DE102023001946A1_0015
wherein
  • LPL is an alkyl or alkenyl residue with 6-20 carbon atoms, a residue of a fatty acid, a fatty alcohol or a sterol residue,
  • BGL is a (nl+1)-valent bridging group,
  • nl is an integer from 1 to 5, preferably 1 or 2,
  • ml is 0 or 1, preferably 1,
  • ol is an integer from 5 to 500, preferably 10 to 200,
  • R 10 is hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms or a radical
  • LPL, preferably hydrogen, methyl ethyl or a sterol residue, and
  • R 11 is hydrogen or C 1 -C 4 alkyl, where
  • Residues LPL and R 11 can have different meanings within a molecule within the given definitions.

Im Allgemeinen haben die POx-Lipide der Formel (XII) ein bis fünf Reste LPL, vorzugsweise ein oder zwei Reste LPL, wobei es sich um Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigte Alkenylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder gesättigte oder einbis dreifach-ethylenisch ungesättigte Fettsäurereste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder gesättigte oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigte Fettalkoholreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, und/oder Sterinreste handelt, wobei mehrere Doppelbindungen in einem Alkenylrest nicht direkt zueinander benachbart sind.In general, the POx lipids of the formula (XII) have one to five LPL residues, preferably one or two LPL residues, which are alkyl residues with six to twenty carbon atoms, and/or mono- to tri-ethylenically unsaturated alkenyl residues with six to twenty carbon atoms, and/or saturated or mono- to tri-ethylenically unsaturated fatty acid residues with six to twenty carbon atoms, and/or saturated or mono- to tri-ethylenically unsaturated fatty alcohol residues with six to twenty carbon atoms, and/or sterol residues, wherein several double bonds in an alkenyl residue are not directly adjacent to one another.

Im Allgemeinen haben die POx-Lipide der Formel (XII) ein bis fünf Reste LPL, welche direkt mit einem POx-Rest über eine Ether- oder Esterbindung kovalent verbunden sind; oder die POx-Lipide der Formel (XII) weisen ein bis fünf Reste LPL auf, welche über eine Brückengruppe BGL mit einem POx-Rest verbunden sind, wobei es sich bei der Brückengruppe BGL um den Rest eines zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkohols handelt, oder um den Rest einer zwei- bis sechswertigen Carbonsäure oder um einen Carbamatrest oder um den Rest eines Aminoalkohols.In general, the POx lipids of formula (XII) have one to five LPL residues which are covalently linked directly to a POx residue via an ether or ester bond; or the POx lipids of formula (XII) have one to five LPL residues which are linked to a POx residue via a bridging group BGL, where the bridging group BGL is the residue of a di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohol, or the residue of a di- to hexavalent carboxylic acid, or a carbamate residue, or the residue of an amino alcohol.

Beispiele für Reste von zwei- bis sechswertigen aliphatischen oder cycloaliphatischen Alkoholen, der Reste von zwei- bis sechswertigen Carbonsäuren, der Carbamatreste und der Aminoalkoholreste sind weiter oben bei der Beschreibung der PEG-Lipide aufgezählt.Examples of residues of di- to hexavalent aliphatic or cycloaliphatic alcohols, residues of di- to hexavalent carboxylic acids, carbamate residues and amino alcohol residues are listed above in the description of PEG lipids.

Bevorzugte POx-Lipide weisen als Brückengruppe einen von Glycerin abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (XIIIa) oder (XIIIb)

Figure DE102023001946A1_0016
Figure DE102023001946A1_0017
worin

  • LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, R10, R11 und ol die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen, und
  • die Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Preferred POx lipids have a glycerol-derived residue as a bridging group and have the structure of formula (XIIIa) or (XIIIb)
Figure DE102023001946A1_0016
Figure DE102023001946A1_0017
wherein
  • LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, R 10 , R 11 and ol have the meanings defined above, and
  • the LPL residues can assume different meanings within a molecule within the given definitions.

Weitere bevorzugte POx-Lipide weisen als Brückengruppe einen von Bernsteinsäure abgeleiteten Rest auf und haben die Struktur der Formel (XIV)

Figure DE102023001946A1_0018
worin

  • LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, und R10, R11 und ol die weiter oben definierten Bedeutungen besitzen.
Other preferred POx lipids have a residue derived from succinic acid as a bridging group and have the structure of formula (XIV)
Figure DE102023001946A1_0018
wherein
  • LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, and R 10 , R 11 and ol have the meanings defined above.

Zu den erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten POx-Lipiden zählen solche mit der nachfolgenden allgemeinen Struktur, worin n eine Zahl zwischen 15 bis 200, vorzugsweise zwischen 18 und 70 bedeutet und Linker eine zweiwertige Brückengruppe darstellt.

Figure DE102023001946A1_0019
The POx lipids preferably used according to the invention include those with the following general structure, in which n is a number between 15 and 200, preferably between 18 and 70, and linker is a divalent bridging group.
Figure DE102023001946A1_0019

Weitere bevorzugte Stealth-Lipide c) besitzen eine Struktur der Formel (XV) (LPL)nl-(BGL)ml-POLY (XV) worin

  • LPL ein Alkyl- oder Alkenylrest mit 6-20 Kohlenstoffatomen, ein Rest einer Fettsäure, eines Fettalkohols oder ein Sterinrest ist,
  • BGL eine (nl+1)-wertige Brückengruppe ist,
  • nl eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist, vorzugsweise 1 oder 2,
  • ml 0 oder 1, vorzugsweise 1 bedeutet, und
  • POLY ein Rest der Formeln (XVa), (XVIb), (XVIc), (XVId), (XVle), (XVIf) oder (XVIg) ist
    Figure DE102023001946A1_0020
    Figure DE102023001946A1_0021
    Figure DE102023001946A1_0022
    Figure DE102023001946A1_0023
    worin R12 Wasserstoff oder LPL bedeutet,
    • R13 Wasserstoff oder ein einwertiger organischer Rest, wie Alkyl, Cycloalkyl, Aryl oder Aralkyl bedeutet,
    • R14 Wasserstoff oder Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen ist, insbesondere Wasserstoff oder Methyl,
    • R15 und R16 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen bedeuten, insbesondere Alkyl mit ein bis vier Kohlenstoffatomen, R17 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen, das gegebenenfalls mit einem Hydroxyl-, Amin-, Phenyl-, Hydroxyphenyl-, Carboxyl- oder Amidrest substituiert ist,
    • NMORPH einen Morphonylrest bedeutet, der über das Ringstickstoffatom mit der Carbonylgruppe verbunden ist,
    • r, s, t und u Zahlen größer gleich 1, bevorzugt zwischen 1 und 5000 bedeuten, wobei die
    • Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Other preferred stealth lipids c) have a structure of the formula (XV) (LPL) nl -(BGL) ml -POLY (XV) wherein
  • LPL is an alkyl or alkenyl residue with 6-20 carbon atoms, a residue of a fatty acid, a fatty alcohol or a sterol residue,
  • BGL is a (nl+1)-valent bridging group,
  • nl is an integer from 1 to 5, preferably 1 or 2,
  • ml is 0 or 1, preferably 1, and
  • POLY is a radical of the formulas (XVa), (XVIb), (XVIc), (XVId), (XVle), (XVIf) or (XVIg)
    Figure DE102023001946A1_0020
    Figure DE102023001946A1_0021
    Figure DE102023001946A1_0022
    Figure DE102023001946A1_0023
    where R 12 is hydrogen or LPL,
    • R 13 is hydrogen or a monovalent organic radical such as alkyl, cycloalkyl, aryl or aralkyl,
    • R 14 is hydrogen or alkyl having one to six carbon atoms, in particular hydrogen or methyl,
    • R 15 and R 16 independently of one another are hydrogen or alkyl having one to six carbon atoms, in particular alkyl having one to four carbon atoms, R 17 is hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms, which is optionally substituted by a hydroxyl, amine, phenyl, hydroxyphenyl, carboxyl or amide radical,
    • NMORPH means a morphonyl residue which is linked to the carbonyl group via the ring nitrogen atom,
    • r, s, t and u are numbers greater than or equal to 1, preferably between 1 and 5000, where
    • LPL residues can assume different meanings within a molecule within the given definitions.

Index r ist vorzugsweise eine Zahl zwischen 1 und 10, insbesondere eine Zahl zwischen 1 und 4.Index r is preferably a number between 1 and 10, in particular a number between 1 and 4.

Index s ist vorzugsweise eine Zahl zwischen 10 und 5000, insbesondere eine Zahl zwischen 40 und 5000.Index s is preferably a number between 10 and 5000, in particular a number between 40 and 5000.

Index t ist vorzugsweise eine Zahl zwischen 10 und 5000, insbesondere eine Zahl zwischen 50 und 5000.Index t is preferably a number between 10 and 5000, in particular a number between 50 and 5000.

Index u ist vorzugsweise eine Zahl zwischen 5 und 500, insbesondere eine Zahl zwischen 10 und 100.Index u is preferably a number between 5 and 500, in particular a number between 10 and 100.

Besonders bevorzugte Stealth-Lipide c) der Formel (XV) sind solche, in denen POLY ein Rest der Formel (XVIf) ist, worin R14 Methyl bedeutet und R17 Wasserstoff ist.Particularly preferred stealth lipids c) of the formula (XV) are those in which POLY is a radical of the formula (XVIf), in which R 14 is methyl and R 17 is hydrogen.

Die erfindungsgemäßen BLNP können mit Wirkstoffen f) enthaltend anionische Gruppen beladen werden. Zu den anionischen Gruppen zählen Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen und Phosphat- oder Phosphorsäureesterreste. Diese sind dadurch gekennzeichnet, dass sie im wässrigen Milieu mit den kationischen Lipiden a) Komplexe bilden und im BLNP eingekapselt oder damit assoziiert vorliegen.The BLNPs according to the invention can be loaded with active ingredients f) containing anionic groups. The anionic groups include carboxyl groups, sulfonic acid groups and phosphate or phosphoric acid ester residues. These are characterized by the fact that they form complexes with the cationic lipids a) in an aqueous medium and are encapsulated in the BLNP or associated with it.

Zu den Wirkstoffen f) können beliebige pharmazeutische und agrochemische Wirkstoffe zählen, sofern diese mindestens eine anionische Gruppe pro Molekül aufweisen.The active substances f) may include any pharmaceutical and agrochemical active substances, provided that they have at least one anionic group per molecule.

Bevorzugte Wirkstoffe f) sind Nukleinsäuren. Darunter sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung natürlich vorkommende Nukleinsäuren einschließlich der modifizierten Derivate davon zu verstehen. Modifizierte Nukleinsäuren können modifizierte Nukleotide enthalten oder anderweitig modifiziert sein, beispielsweise durch die Einführung von chemischen Modifikationen. Nukleinsäuren bilden über die darin vorhandenen Phosphatesterreste Komplexe mit den kationischen Lipiden a) aus.Preferred active ingredients f) are nucleic acids. In the context of the present description, this refers to naturally occurring nucleic acids including modified derivatives thereof. Modified nucleic acids can contain modified nucleotides or be modified in other ways, for example by introducing chemical modifications. Nucleic acids form complexes with the cationic lipids a) via the phosphate ester residues present therein.

Die physikochemischen Eigenschaften von Nukleinsäuren bilden die Grundlage für die Interaktion mit Trägermaterialien, und kleine Änderungen in der Sequenz können zu unterschiedlichen biologischen Wirkungen führen und ermöglichen eine schnelle Anpassung an verschiedene Indikationen, ohne dass der gesamte Formulierungsprozess angepasst werden muss. Im Vergleich zu herkömmlichen Arzneimitteln handelt es sich bei Nukleinsäuren um Biopolymere mit einer höheren molaren Masse (etwa 333 Da pro Nukleotid) und einer starken negativen Ladung, was zu einer guten Wasserlöslichkeit führt. Außerdem ist ihre Stabilität in Gegenwart von Abbauenzymen gering, und sie können eine Immunreaktion auslösen, die auf evolutionär optimierten Mechanismen beruht, die den Organismus vor viraler Genmanipulation schützen. Trotz dieser Hürden ermöglichen Nukleinsäuren eine Modulation der Genexpression, während klassische Wirkstoffe oft keine kausale Wirkung haben. Einige erfolgreiche, zugelassene Systeme zur Anwendung von Nukleinsäuren sind in dargestellt. DNA liegt in der Regel als doppelsträngige Variante (dsDNA) vor, bei der zwei einzelsträngige DNA-Ketten (ssDNA) durch Wasserstoffbrücken und hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den komplementären Basensequenzen miteinander verbunden sind, was zu der bekannten Doppelhelix-Konformation führt. dsDNA ist ein semiflexibles Polymer mit hoher negativer Ladungsdichte. DNA wird für therapeutische Anwendungen häufig in Plasmiden (pDNA) kodiert, die einige tausend Basenpaare (bp) enthalten. Wenn pDNA in die Zellkerne gelangt, kann sie die Genexpression beeinflussen. Durch die Reparatur defekter Gene, ob angeboren oder erworben, bietet die Gentherapie derzeit hochspezifische und potenziell sogar heilende Therapien für Krankheiten ohne Behandlungs- oder Heilungsmöglichkeiten. Neben der DNA ist die kurze interferierende RNA (siRNA) eine doppelsträngige RNA, die in der Regel 19-25 bp lang ist. Aufgrund des unterschiedlichen Zuckerrückgrats weisen sie eine höhere lineare Ladungsdichte und Steifigkeit auf als DNA. Therapeutische siRNA schaltet Gene vorübergehend aus (knock-down), da die Übersetzung der Ziel-mRNA behindert wird. Im Gegensatz dazu können einzelsträngige Antisense-Oligonukleotide (ASO) die Translation durch Bindung an die entsprechende mRNA ausschalten. Beide Arten von RNA sind bereits in der klinischen Anwendung, wie in dargestellt. MicroRNAs (miRNA) sind kleine (ca. 23 Nukleotide), einzelsträngige, nicht kodierende RNAs, die von primären miRNAs abgeleitet sind. miRNAs regulieren die Expression von Zielgenen durch den Abbau von mRNA oder die Hemmung der Translation.The physicochemical properties of nucleic acids form the basis for interaction with carrier materials, and small changes in the sequence can lead to different biological effects and allow for rapid adaptation to different indications without having to adapt the entire formulation process. Compared to conventional drugs, nucleic acids are biopolymers with a higher molar mass (about 333 Da per nucleotide) and a strong negative charge, which leads to good water solubility. In addition, their stability in the presence of degradation enzymes is low and they can trigger an immune response based on evolutionarily optimized mechanisms that protect the organism from viral gene manipulation. Despite these hurdles, nucleic acids enable modulation of gene expression, whereas classical drugs often have no causal effect. Some successful, approved systems for the application of nucleic acids are in DNA is usually present as a double-stranded variant (dsDNA), in which two single-stranded DNA chains (ssDNA) are linked together by hydrogen bonds and hydrophobic interactions between the complementary base sequences, resulting in the familiar double helix conformation. dsDNA is a semi-flexible polymer with a high negative charge density. DNA is often encoded in plasmids (pDNA) containing a few thousand base pairs (bp) for therapeutic applications. When pDNA enters the cell nuclei, it can affect gene expression. By repairing defective genes, whether congenital or acquired, gene therapy currently offers highly specific and potentially even curative therapies for diseases with no treatment or cure options. In addition to DNA, Short interfering RNA (siRNA) is a double-stranded RNA that is usually 19-25 bp long. Due to the different sugar backbone, they have a higher linear charge density and stiffness than DNA. Therapeutic siRNA temporarily switches off genes (knock-down) because the translation of the target mRNA is hindered. In contrast, single-stranded antisense oligonucleotides (ASO) can switch off translation by binding to the corresponding mRNA. Both types of RNA are already in clinical use, as in MicroRNAs (miRNA) are small (approximately 23 nucleotides), single-stranded, non-coding RNAs derived from primary miRNAs. miRNAs regulate the expression of target genes by degrading mRNA or inhibiting translation.

mRNA ist ebenfalls ein einzelsträngiges Nukleotid. Sie enthält mehrere hundert Nukleotide und ist flexibler als DNA oder siRNA und ssDNA. Da die Basen zugänglich sind, haben die mRNAs einen stärkeren amphiphilen Charakter, der hydrophobe Wechselwirkungen mit potenziellen Transportmolekülen ermöglicht. Unmodifizierte mRNA ist aufgrund ihres Einzelstrangcharakters labiler gegenüber Nukleasen und weist eine höhere Immunogenität auf als DNA. Daher wurden modifizierte Nukleotide vorgeschlagen und chemische Modifikationen eingeführt. Sowohl siRNA als auch mRNA sind im Zytoplasma aktiv und umgehen so die Kernmembranbarriere.mRNA is also a single-stranded nucleotide. It contains several hundred nucleotides and is more flexible than DNA or siRNA and ssDNA. Since the bases are accessible, mRNAs have a stronger amphiphilic character, which allows hydrophobic interactions with potential transport molecules. Unmodified mRNA is more labile to nucleases due to its single-stranded character and has a higher immunogenicity than DNA. Therefore, modified nucleotides have been proposed and chemical modifications have been introduced. Both siRNA and mRNA are active in the cytoplasm and thus bypass the nuclear membrane barrier.

Als Wirkstoffe f) werden in den erfindungsgemäßen BLNP vorzugsweise DNA und/oder RNA oder deren Modifikationen eingesetzt.DNA and/or RNA or their modifications are preferably used as active ingredients f) in the BLNPs according to the invention.

Es können beliebige DNA-Typen verwendet werden. Beispiele dafür sind A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, antisense DNA, bakterielle DNA, virale DNA und insbesondere Plasmide.Any type of DNA can be used. Examples include A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, antisense DNA, bacterial DNA, viral DNA and especially plasmids.

Es können beliebige immunmodulatorische Elemente wie TRL-Antagonisten, CpG Motive und andere funktionelle Nukleinsäuren verwendet werden.Any immunomodulatory elements such as TRL antagonists, CpG motifs and other functional nucleic acids can be used.

Es können auch beliebige RNA-Typen verwendet werden. Beispiele dafür sind hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNA, miRNA, ncRNA, saRNA, antisense RNA, bakterielle RNA und virale RNA.Any type of RNA can also be used. Examples include hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNA, miRNA, ncRNA, saRNA, antisense RNA, bacterial RNA and viral RNA.

In den erfindungsgemäßen BLNP können auch Kombinationen von DNA und RNA eingesetzt werden.Combinations of DNA and RNA can also be used in the BLNPs according to the invention.

Modifizierte Nukleinsäuren, auch Xenonukleinsäuren (XNA) genannt, bieten eine Reihe von Vorteilen für biotechnologische Anwendungen und beheben einige der Einschränkungen von Nukleinsäuretherapeutika der ersten Generation. In der Tat wurden vor kurzem mehrere Therapeutika auf der Grundlage modifizierter Nukleinsäuren zugelassen, und viele weitere befinden sich in der klinischen Prüfung. XNA können eine höhere Biostabilität aufweisen und lassen sich darüber hinaus zunehmend in vitro entwickeln, was die Entdeckung von Leitstrukturen beschleunigt (Duffy, K.; Arangundy-Franklin, S.; Holliger, P., Modified nucleic acids: replication, evolution, and next-generation therapeutics. BMC Biol. 2020,18, 112).Modified nucleic acids, also called xenonucleic acids (XNA), offer a number of advantages for biotechnological applications and address some of the limitations of first-generation nucleic acid therapeutics. Indeed, several therapeutics based on modified nucleic acids have recently been approved and many more are in clinical trials. XNA can exhibit increased biostability and, in addition, can increasingly be developed in vitro, accelerating lead discovery (Duffy, K.; Arangundy-Franklin, S.; Holliger, P., Modified nucleic acids: replication, evolution, and next-generation therapeutics. BMC Biol. 2020,18, 112).

Bevorzugte erfindungsgemäße Nanopartikel sind durch einen hohen Gehalt an Wirkstoff f), vorzugsweise an Nukleinsäure charakterisiert. Der Gewichtsanteil an Wirkstoff f) in den erfindungsgemäßen LNP beträgt typischerweise 1 bis 10 %, und vorzugsweise 2 bis 8 %, insbesondere 3 bis 7 %, besonders bevorzugt 5 bis 6 % bezogen auf die Masse der mit Wirkstoff beladenen LNP.Preferred nanoparticles according to the invention are characterized by a high content of active ingredient f), preferably nucleic acid. The weight proportion of active ingredient f) in the LNP according to the invention is typically 1 to 10%, and preferably 2 to 8%, in particular 3 to 7%, particularly preferably 5 to 6%, based on the mass of the LNP loaded with active ingredient.

Die erfindungsgemäßen Nanopartikel lassen sich durch deren Teilchendurchmesser charakterisieren. Typische Teilchendurchmesser (beispielsweise z-Average) bewegen sich im Bereich von kleiner gleich 900 nm, vorzugsweise von kleiner gleich 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 30 und 500 nm, ganz besonders bevorzugt zwischen 40 und 250 nm und insbesondere zwischen 50 und 200 nm. Die Teilchendurchmesser werden für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung durch dynamische Lichtstreuung (DLS) unter Verwendung eines Malvern Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments, Worcestershire, Vereinigtes Königreich) bestimmt. Mittels Kumulantenanalyse der Korrelationsfunktion (IS013321, ISO22412) wurde der intensitätsgewichtete mittlere Durchmesser (beispielsweise z-average) bestimmt. Zur Größenbestimmung wurde ein Brechungsindex von 1,33 für ultrareines Wasser angenommen.The nanoparticles according to the invention can be characterized by their particle diameter. Typical particle diameters (for example z-average) are in the range of less than or equal to 900 nm, preferably less than or equal to 500 nm, particularly preferably between 30 and 500 nm, very particularly preferably between 40 and 250 nm and in particular between 50 and 200 nm. For the purposes of the present description, the particle diameters are determined by dynamic light scattering (DLS) using a Malvern Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments, Worcestershire, United Kingdom). The intensity-weighted mean diameter (for example z-average) was determined using cumulant analysis of the correlation function (IS013321, ISO22412). A refractive index of 1.33 for ultrapure water was assumed for size determination.

Teilchendurchmesser können alternativ auch durch andere Methoden bestimmt werden, beispielsweise durch Nanosize-Tracking-Analysis (NTA), oder durch Elektronenmikroskopie, z.B. mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie oder mittels Raster-Elektronenmikroskopie.Particle diameters can alternatively be determined by other methods, for example by nanosize tracking analysis (NTA), or by electron microscopy, e.g. by transmission electron microscopy or by scanning electron microscopy.

Teilchendurchmesser (z-Average) von bevorzugten erfindungsgemäßen LNP bewegen sich im Bereich zwischen 30 und 500 nm, ermittelt durch dynamische Lichtstreuung (DLS).Particle diameters (z-average) of preferred LNPs according to the invention are in the range between 30 and 500 nm, determined by dynamic light scattering (DLS).

Die erfindungsgemäßen BLNP lassen sich weiterhin durch deren Polydispersitätsindex (beziehungsweise PDI) charakterisieren. Der PDI gibt die Breite der Verteilung der Teilchengrößen von Partikeln an. Dabei können Werte zwischen 0 (monodispers) und 1 (polydispers) angenommen werden. Der PDI-Wert wird für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung durch dynamische Lichtstreuung (DLS) unter Verwendung eines Malvern Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments, Worcestershire, Vereinigtes Königreich) bestimmt. Mittels Kumulantenanalyse der Korrelationsfunktion wurde PDI bestimmt.The BLNPs according to the invention can also be characterized by their polydispersity index (or PDI). The PDI indicates the width of the distribution of the particle sizes of particles. Values between 0 (monodisperse) and 1 (polydisperse) can be assumed. For the purposes of the present description, the PDI value is determined by dynamic light scattering (DLS) using a Malvern Zetasizer Nano-ZS (Malvern Instruments, Worcestershire, United Kingdom). PDI was determined by means of cumulant analysis of the correlation function.

Der PDI-Wert der Teilchengrößenverteilung der erfindungsgemäßen Nanopartikel bewegt sich typischerweise im Bereich zwischen 0,01 und 0,4, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,3 und besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2.The PDI value of the particle size distribution of the nanoparticles according to the invention typically ranges between 0.01 and 0.4, preferably between 0.02 and 0.3 and particularly preferably between 0.05 and 0.2.

Die erfindungsgemäßen Nanopartikel lassen sich bei Einsatz von Wirkstoffen f) mit Phosphatgruppen weiterhin durch deren N/P-Verhältnis charakterisieren. Darunter versteht man das molare Verhältnis von Stickstoffatomen im kationischen Lipid a) zu Phosphatgruppen im Wirkstoff e), beispielsweise in der Nukleinsäure.When using active ingredients f) with phosphate groups, the nanoparticles according to the invention can be further characterized by their N/P ratio. This is the molar ratio of nitrogen atoms in the cationic lipid a) to phosphate groups in the active ingredient e), for example in the nucleic acid.

Das N/P-Verhältnis in den erfindungsgemäßen Nanopartikeln kann in weiten Bereichen schwanken. Typischerweise beträgt das N/P-Verhältnis in den erfindungsgemäßen Nanopartikeln, zwischen 1 und 100, vorzugsweise zwischen 1,5 und 50, besonders bevorzugt zwischen 2 und 25, und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 15.The N/P ratio in the nanoparticles according to the invention can vary within wide ranges. Typically, the N/P ratio in the nanoparticles according to the invention is between 1 and 100, preferably between 1.5 and 50, particularly preferably between 2 and 25, and most preferably between 3 and 15.

Bevorzugte erfindungsgemäße Nanopartikel weisen mittels DLS bestimmte Durchmesser (z-Average) zwischen 40 und 250 nm, insbesondere zwischen 50 und 200 nm auf sowie einen Polydispersitätsindex der Teilchendurchmesser zwischen 0,05 und 0,3.Preferred nanoparticles according to the invention have diameters determined by means of DLS (z-average) between 40 and 250 nm, in particular between 50 and 200 nm, and a polydispersity index of the particle diameters between 0.05 and 0.3.

Ganz besonders bevorzugte erfindungsgemäße Nanopartikel weisen mittels DLS bestimmte Durchmesser (z-Average) zwischen 40 und 250 nm, insbesondere zwischen 50 und 200 nm auf, und einen Polydispersitätsindex der Teilchendurchmesser zwischen 0,05 und 0,2 und ein N/P-Verhältnis zwischen 3 und 15.Very particularly preferred nanoparticles according to the invention have diameters determined by means of DLS (z-average) between 40 and 250 nm, in particular between 50 and 200 nm, and a polydispersity index of the particle diameters between 0.05 and 0.2 and an N/P ratio between 3 and 15.

Für den Fall, dass die erfindungsgemäßen Nanopartikel neben den oben beschriebenen Nukleinsäure-Lipid-Komplexen zusätzliche Polymere oder zusätzliche Komplexe von Nukleinsäuren mit zusätzlichen Polymeren so liegen diese weiteren Komponenten nur in geringen Mengen vor, beispielsweise beträgt deren Gewichtsanteil 10 % oder darunter, insbesondere weniger als 5 %. In the event that the nanoparticles according to the invention contain, in addition to the nucleic acid-lipid complexes described above, additional polymers or additional complexes of nucleic acids with additional polymers, these further components are present only in small amounts, for example their weight proportion is 10% or less, in particular less than 5%.

Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Nanopartikel neben den oben beschriebenen Wirkstoff-Lipid-Komplexen keine weiteren Komplexe von Wirkstoffen mit anderen Polymeren.Particularly preferably, the nanoparticles according to the invention do not contain any further complexes of active ingredients with other polymers in addition to the active ingredient-lipid complexes described above.

Die erfindungsgemäßen BLNP können als Pulver in fester Form vorliegen oder sie können eine Dispersion bilden und in wässrigen Lösungsmitteln dispergiert vorliegen, wobei die Teilchen im Dispergiermedium in fester Form vorliegen.The BLNPs of the invention may be in solid form as a powder or they may form a dispersion and be dispersed in aqueous solvents, the particles being in solid form in the dispersing medium.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die erfindungsgemäßen BLNP eine disperse Phase in Wasser oder in einer wässrigen Pufferlösung.In a preferred embodiment, the BLNPs according to the invention form a disperse phase in water or in an aqueous buffer solution.

Die erfindungsgemäßen BLNP können durch Assemblierung hergestellt werden. Dazu werden die erfindungsgemäß verwendeten Lipiden in Wasser oder in einer wässrigen Pufferlösung dispergiert. Pro Lipid kann dabei jeweils eine Dispersion hergestellt werden oder alle Lipide werden zusammen dispergiert. Dabei wird ein pH-Wert der wässrigen Dispersion von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5 eingestellt, z.B. durch Verwendung eines Acetatpuffers oder eines anderen geeigneten Puffers wie beispielsweise Citratpuffer, Lactatpuffer, Phosphatpuffer und Phosphat-Citrat-Puffer Außerdem werden die anionische Gruppen enthaltenden Wirkstoffe f), beispielsweise die Nukleinsäuren in Wasser gelöst oder dispergiert, wobei der pH der wässrigen Wirkstofflösung oder -dispersion vorzugsweise auf einen Wert zwischen 3 und 8 eingestellt wird, besonders bevorzugt auf einen Wert zwischen 4 und 7,5. Dazu eignet sich besonders eine Pufferlösung enthaltend Acetatpuffer, Citratpuffer, Lactatpuffer, Phosphatpuffer, Phosphat-Citrat-Puffer, HEPES, TRIS, oder nur Salze. Die wässrigen Dispersionen der Lipide und die Wirkstofflösung bzw. -dispersion werden miteinander kombiniert, wobei die Mengen an Wirkstoff und an kationischem Lipid a) so gewählt werden, dass sich ein gewünschtes Wirkstoff/Lipid-Verhältnis, z.B. ein gewünschtes N/P-Verhältnis einstellt. Nach dem Vermischen der wässrigen Dispersionen bzw. Lösungen wird die Mischung bewegt, beispielsweise für eine kurze Zeit zwischen 2 und 120 Sekunden. Das kann durch Rühren und/oder durch Vortexen und/oder durch Beschallung mit Ultraschall erfolgen. Vorzugsweise werden die entstandenen Nanopartikel vor der weiteren Verwendung einige Zeit stehen gelassen, beispielsweise zwischen 5 und 20 Minuten, um eine Bindung zwischen Lipid a) und Wirkstoff e) zu ermöglichen (nachstehend „Inkubation“ genannt). Nach der Herstellung in saurem pH (z.B. Acetat, pH 5.5) werden die LNP bevorzugt neutralisiert, beispielsweise durch Mischen mit phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) zu pH 7.4. Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können sodann aus dem Dispergiermedium lyophilisiert werden oder verbleiben im Dispergiermedium.The BLNPs according to the invention can be produced by assembly. For this purpose, the lipids used according to the invention are dispersed in water or in an aqueous buffer solution. One dispersion can be produced for each lipid or all lipids are dispersed together. The pH of the aqueous dispersion is set to 3 to 8, preferably 4 to 7.5, e.g. by using an acetate buffer or another suitable buffer such as citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer and phosphate-citrate buffer. In addition, the active ingredients f) containing anionic groups, for example the nucleic acids, are dissolved or dispersed in water, the pH of the aqueous active ingredient solution or dispersion preferably being set to a value between 3 and 8, particularly preferably to a value between 4 and 7.5. A buffer solution containing acetate buffer, citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer, phosphate-citrate buffer, HEPES, TRIS, or just salts is particularly suitable for this purpose. The aqueous dispersions of the lipids and the active ingredient solution or dispersion are combined with each other, whereby the amounts of active ingredient and cationic lipid a) are selected so that a desired active ingredient/lipid ratio, e.g. a desired N/P ratio, is achieved. After mixing the aqueous dispersions or solutions, the mixture is agitated, for example for a short time between 2 and 120 seconds. This can be done by stirring and/or by vortexing and/or by sonication with ultrasound. The resulting nanoparticles are preferably left to stand for some time before further use, for example between 5 and 20 minutes, in order to enable a bond between lipid a) and active ingredient e) (hereinafter referred to as "incubation"). After production in acidic pH (e.g. acetate, pH 5.5), the LNPs are preferably neutralized, for example by mixing with phosphate-buffered saline (PBS) to pH 7.4. The nanoparticles according to the invention can then be lyophilized from the dispersion medium or remain in the dispersion medium.

In einem alternativen Verfahren können die erfindungsgemäßen BLNP durch Nanofällung hergestellt werden, wobei die BLNP zunächst nur Lipide enthalten und der Wirkstoff f) in einem nachgeschalteten Schritt hinzugefügt wird. Die Herstellung der BLNP erfolgt wie oben beschrieben, allerdings ohne Zugabe der Lösung oder Dispersion des Wirkstoffes f).In an alternative process, the BLNPs according to the invention can be produced by nanoprecipitation, whereby the BLNPs initially contain only lipids and the active ingredient f) is added in a subsequent step. The BLNPs are produced as described above, but without adding the solution or dispersion of the active ingredient f).

Anschließend wird die Lösung oder Dispersion des Wirkstoffes f) wie oben beschrieben hergestellt.The solution or dispersion of the active ingredient f) is then prepared as described above.

Danach werden die wässrige Dispersion der BLNP und die Wirkstofflösung bzw. -dispersion miteinander kombiniert, wobei die Mengen so gewählt werden, dass sich ein gewünschtes Wirkstoff/Lipid-Verhältnis, z.B. ein gewünschtes N/P-Verhältnis einstellt. Nach dem Vermischen der wässrigen Dispersionen bzw. Lösungen wird die Mischung bewegt, beispielsweise für eine kurze Zeit zwischen 2 und 120 Sekunden. Das kann durch Rühren und/oder durch Vortexen und/oder durch Beschallung mit Ultraschall erfolgen. Auch hier werden die entstandenen mit Wirkstoff beladenen Nanopartikel vor der weiteren Verwendung einige Zeit stehen gelassen, beispielsweise zwischen 5 und 20 Minuten, um eine Bindung zwischen Lipid a) und Wirkstoff e) zu ermöglichen (nachstehend „Inkubation“ genannt). Nach der Herstellung in saurem pH (z.B. Acetat, pH 5.5) werden die BLNP bevorzugt neutralisiert, beispielsweise durch Mischen mit phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) zu pH 7.4. Die erfindungsgemäßen Nanopartikel können sodann aus dem Dispergiermedium lyophilisiert werden oder verbleiben im Dispergiermedium.The aqueous dispersion of the BLNP and the active ingredient solution or dispersion are then combined with one another, with the amounts being chosen so that a desired active ingredient/lipid ratio, e.g. a desired N/P ratio, is achieved. After mixing the aqueous dispersions or solutions, the mixture is agitated, for example for a short time between 2 and 120 seconds. This can be done by stirring and/or vortexing and/or by sonicating with ultrasound. Here too, the resulting active ingredient-loaded nanoparticles are left to stand for some time before further use, for example between 5 and 20 minutes, to enable a bond between lipid a) and active ingredient e) (hereinafter referred to as "incubation"). After production in acidic pH (e.g. acetate, pH 5.5), the BLNPs are preferably neutralized, for example by mixing with phosphate-buffered saline (PBS) to pH 7.4. The nanoparticles according to the invention can then be lyophilized from the dispersion medium or remain in the dispersion medium.

Zusätzlich zu dem kationischen Lipid a), den weiteren Lipiden b) und c) und dem Wirkstoff f) können bei deren Nanofällung im Dispergiermedium ein oder mehrere Hilfs- und Zusatzstoffe e) zugegen sein. Alternativ können diese Hilfs- und Zusatzstoffe e) nach dem Dispergieren des Nukleinsäure-Copolymer-Komplexes in der wässrigen Phase hinzugefügt werden.In addition to the cationic lipid a), the other lipids b) and c) and the active ingredient f), one or more auxiliary and additive substances e) may be present in the dispersion medium during their nanoprecipitation. Alternatively, these auxiliary and additive substances e) can be added after the nucleic acid copolymer complex has been dispersed in the aqueous phase.

Als Dispergiermedium wird Wasser eingesetzt. Diesem können Puffersubstanzen, Salze, Zucker oder Säuren und Basen zugesetzt sein, um den gewünschten pH-Wert oder die Osmolarität einzustellen.Water is used as a dispersing medium. Buffer substances, salts, sugars or acids and bases can be added to this in order to adjust the desired pH value or osmolarity.

Die erfindungsgemäßen Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass während der Herstellung der Lipidnanopartikel auf den Einsatz von organischen Lösungsmitteln, wie Ethanol, verzichtet werden kann. Eine nachgeschaltete Abtrennung des Lösungsmittels kann daher entfallen.The processes according to the invention are characterized by the fact that the use of organic solvents such as ethanol can be dispensed with during the production of the lipid nanoparticles. A subsequent separation of the solvent can therefore be omitted.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen BLNP enthaltend die folgenden Maßnahmen:

  • i) Vorlage von wässrigen Dispersionen der Lipide a), b) und c) in Puffern im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5
  • ii) Kombination der wässrigen Dispersionen aus Schritt i); und
  • iii) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen aus Schritt ii) mit einem Mischverfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ultraschall, Dualzentrifugation, Nanofällung, Mikrofluidik oder im Vortexmischer, wobei sich die Nanopartikel ausbilden.
The invention also relates to a process for producing the BLNP described above comprising the following measures:
  • i) Preparation of aqueous dispersions of lipids a), b) and c) in buffers in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5
  • ii) combining the aqueous dispersions from step i); and
  • iii) treating the combined aqueous dispersions from step ii) with a mixing process selected from the group consisting of ultrasound, dual centrifugation, nanoprecipitation, microfluidics or in a vortex mixer, whereby the nanoparticles are formed.

In einer ersten Variante betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen mit anionischen Gruppen enthaltenden Wirkstoff f) beladenen BLNP enthaltend die folgenden Maßnahmen:

  • iv) Vorlage der LNP enthaltenden wässrigen Dispersion aus Schritt iii) gemäß dem vorstehenden Verfahren,
  • v) Vorlage einer wässrigen Lösung oder Dispersion eines Wirkstoffs f) mit anionischen Gruppen in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5
  • vi) Kombination der wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritten iv) und v), und
  • vii) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritt vi) mit Ultraschall, Mikrofluidik, Dualzentrifugation, Ultraschall, Nanofällung oder im Vortexmischer, wobei sich die mit Wirkstoff beladenen LNP ausbilden.
In a first variant, the invention further relates to a process for the preparation of the above-described BLNPs loaded with anionic groups containing active ingredient f), comprising the following measures:
  • iv) introducing the LNP-containing aqueous dispersion from step iii) according to the above process,
  • v) presentation of an aqueous solution or dispersion of an active ingredient f) with anionic groups in a buffer in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5
  • vi) combining the aqueous dispersions or solutions from steps iv) and v), and
  • vii) treating the combined aqueous dispersions or solutions from step vi) with ultrasound, microfluidics, dual centrifugation, ultrasound, nanoprecipitation or in a vortex mixer to form the drug-loaded LNPs.

In einer zweiten Variante betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen mit anionischen Gruppen enthaltenden Wirkstoff f) beladenen BLNP enthaltend die folgenden Maßnahmen:

  • I) Vorlage von wässrigen Dispersionen der Lipide a), b) und c) in Puffern im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5,
  • II) Vorlage einer wässrigen Lösung oder Dispersion eines Wirkstoffs f) mit anionischen Gruppen in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5
  • III) Kombination der wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritten I) und II); und
  • IV) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritt III) mit Ultraschall, Mikrofluidik, Dualzentrifugation, Nanofällung oder im Vortexmischer, wobei sich die mit Wirkstoff beladenen LNP ausbilden.
In a second variant, the invention relates to a process for the preparation of the above-described BLNPs loaded with anionic groups containing active ingredient f), comprising the following measures:
  • I) Preparation of aqueous dispersions of lipids a), b) and c) in buffers in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5,
  • II) Preparation of an aqueous solution or dispersion of an active ingredient f) with anionic groups in a buffer in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5
  • III) combination of the aqueous dispersions or solutions from steps I) and II); and
  • IV) Treatment of the combined aqueous dispersions or solutions from step III) with ultrasound, microfluidics, dual centrifugation, nanoprecipitation or in a vortex mixer, whereby the drug-loaded LNPs are formed.

In einer bevorzugten Ausführungsform der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält dieses die folgenden Maßnahmen:

  • V) Vorlage der LNP enthaltenden wässrigen Dispersion mit einem pH-Wert zwischen 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5 aus Schritt iii) hergestellt gemäß dem vorstehenden Verfahren,
  • VI) Herstellen einer wässrigen Lösung oder Dispersion einer Nukleinsäure in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5,
  • VII) Vermischen beider Dispersionen oder Lösungen aus Schritten V) und VI) in einem ausgewählten Mengenverhältnis von Nukleinsäure und Lipid a), so dass ein gewünschtes molares N/P-Verhältnis von Stickstoffatomen im Lipid a) zu den Phosphatgruppen in der Nukleinsäure erhalten wird, vorzugsweise ein N/P-Verhältnis zwischen 1 und 200,
  • VIII) Bewegen der Mischung aus Schritt VII), und
  • IX) gegebenenfalls nachfolgende Inkubation der erhaltenen Mischung.
In a preferred embodiment of the first variant of the method according to the invention, this includes the following measures:
  • V) introducing the LNP-containing aqueous dispersion having a pH value between 3 to 8, preferably 4 to 7.5 from step iii) prepared according to the above process,
  • VI) preparing an aqueous solution or dispersion of a nucleic acid in a buffer in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5,
  • VII) Mixing both dispersions or solutions from steps V) and VI) in a selected ratio of nucleic acid and lipid a) so that a desired molar N/P ratio of nitrogen atoms in lipid a) to the phosphate groups in the nucleic acid is obtained, preferably an N/P ratio between 1 and 200,
  • VIII) agitating the mixture from step VII), and
  • IX) optionally subsequent incubation of the resulting mixture.

Die wässrigen Dispersionen der Lipide a), b) und c) für Schritte i) oder l) der erfindungsgemäßen Verfahren enthalten vorzugsweise einen Puffer, insbesondere einen Acetatpuffer, Citratpuffer, Lactatpuffer, Phosphatpuffer, Phosphat-Citrat-Puffer oder Mischungen daraus.The aqueous dispersions of the lipids a), b) and c) for steps i) or l) of the processes according to the invention preferably contain a buffer, in particular an acetate buffer, citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer, phosphate-citrate buffer or mixtures thereof.

Die wässrige Lösung oder Dispersion einer Nukleinsäure für Schritte v), II) oder VI) des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt vorzugsweise einen pH-Wert von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5.The aqueous solution or dispersion of a nucleic acid for steps v), II) or VI) of the process according to the invention preferably has a pH of 3 to 8, preferably 4 to 7.5.

Die wässrige Lösung oder Dispersion der Nukleinsäure für Schritte v), II) oder V) des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält vorzugsweise einen Puffer, insbesondere einen Acetatpuffer, Citratpuffer, Lactatpuffer, Phosphatpuffer, Phosphat-Citrat-Puffer, HBG-, HEPES- oder TRIS-Puffer.The aqueous solution or dispersion of the nucleic acid for steps v), II) or V) of the process according to the invention preferably contains a buffer, in particular an acetate buffer, citrate buffer, lactate buffer, phosphate buffer, phosphate-citrate buffer, HBG, HEPES or TRIS buffer.

Das Bewegen in Schritten iii), vii), IV) oder VIII) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise durch Rühren oder Vortexen. Die Behandlungsdauer in diesem Schritt beträgt üblicherweise zwischen 1 und 120 Sekunden, insbesondere zwischen 2 und 60 Sekunden.The agitation in steps iii), vii), IV) or VIII) of the process according to the invention is preferably carried out by stirring or vortexing. The treatment time in this step is usually between 1 and 120 seconds, in particular between 2 and 60 seconds.

Die Inkubation in Schritt IX) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt üblicherweise durch einfaches Stehenlassen der erhaltenen Mischung, beispielsweise für eine Zeitspanne von 5 bis 60 Minuten, vorzugsweise von 5 bis 20 Minuten. Die Mischung kann auch in einem Kühlschrank oder Wärmeschrank inkubiert werden, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 1°C und 80°CThe incubation in step IX) of the process according to the invention is usually carried out by simply allowing the resulting mixture to stand, for example for a period of 5 to 60 minutes, preferably 5 to 20 minutes. The mixture can also be incubated in a refrigerator or heating cabinet, for example at temperatures between 1°C and 80°C.

Die Abtrennung der Nanopartikel aus der wässrigen Phase kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen. Beispiele dafür sind Crossflow-Filtration, Zentrifugation, Ultrafiltration oder Dialyse. Die Dispersion der Nanopartikel kann aber auch vorzugsweise direkt nach der Herstellung ohne weitere Aufarbeitung eingesetzt werden.The nanoparticles can be separated from the aqueous phase in different ways. Examples are crossflow filtration, centrifugation, ultrafiltration or dialysis. The dispersion of the nanoparticles can also be used preferably directly after production without further processing.

Durch Reinigung mittels Filtration können Teilchen, wie zum Beispiel Aggregate, aber auch überschüssige Hilfsstoffe oder Verunreinigungen aus der Dispersion abgetrennt werden. Dabei kann sich die Partikelkonzentration ändern.By cleaning by filtration, particles such as aggregates, but also excess auxiliary materials or impurities can be separated from the dispersion. The particle concentration can change in the process.

Durch Reinigung mittels Dialyse/Crossflow-Filtration können gelöste Moleküle aus der Dispersion abgetrennt werden. Das Verfahren ist hinsichtlich der dispergierten Partikel weitgehend unabhängig von der Partikelgröße.Dissolved molecules can be separated from the dispersion by cleaning using dialysis/crossflow filtration. The process is largely independent of the particle size with regard to the dispersed particles.

Durch Reinigung mittels Zentrifugation können ebenfalls gelöste Moleküle aus der Dispersion abgetrennt werden. Allerdings verringert sich auch bei diesem Verfahren die Konzentration der dispergierten Teilchen. Außerdem lassen sich nur Dispersionen mit Nanoteilchen größeren Durchmessers, z.B. von mehr als 150 nm, behandeln und die Teilchen können dabei in Mitleidenschaft gezogen werden. Ferner kann das Redispergieren der auf diese Weise gewonnenen Teilchen Schwierigkeiten bereiten.Dissolved molecules can also be separated from the dispersion by cleaning using centrifugation. However, this process also reduces the concentration of the dispersed particles. In addition, only dispersions with nanoparticles of larger diameter, e.g. more than 150 nm, can be treated and the particles can be damaged. Furthermore, redispersing the particles obtained in this way can be difficult.

Die erfindungsgemäßen mit Wirkstoff beladenen BLNP eignen sich hervorragend als Vehikel zum Transport von pharmazeutischen und agrochemischen Wirkstoffen.The active ingredient-loaded BLNPs according to the invention are ideally suited as vehicles for the transport of pharmaceutical and agrochemical active ingredients.

Insbesondere eignen sich die erfindungsgemäßen mit Wirkstoff beladenen BLNP zum Gentransfer in Zellen also zum Einbringen von Nukleinsäuren und deren funktionale Freisetzung in Zellen. Dazu werden die Nukleinsäuren enthaltenden LNP, einzelnen Zellen, Geweben oder einer Zellkultur hinzugefügt und von den Zellen durch Endozytose aufgenommen. Überaschenderweise hat sich gezeigt, dass sich hohe Gehalte an Nukleinsäuren mittels der erfindungsgemäßen BLNP in Zellen übertragen lassen.In particular, the BLNPs loaded with active substances according to the invention are suitable for gene transfer into cells, i.e. for introducing nucleic acids and their functional release into cells. For this purpose, the LNPs containing nucleic acids are added to individual cells, tissues or a cell culture and taken up by the cells through endocytosis. Surprisingly, it has been shown that high levels of nucleic acids can be transferred into cells using the BLNPs according to the invention.

Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Gentransfer in Zellen, welches folgende Schritte enthält:

  1. A) Inkontaktbringen von Zellen, Geweben oder Zellkulturen mit einer wässrigen Dispersion enthaltend die oben beschriebenen Nukleinsäuren enthaltenden LNP, und
  2. B) anschließendes Inkubieren.
The invention therefore also relates to a method for gene transfer into cells, which comprises the following steps:
  1. A) contacting cells, tissues or cell cultures with an aqueous dispersion containing the LNPs containing the nucleic acids described above, and
  2. B) subsequent incubation.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gentransfer in Zellen, welches folgende Schritte enthält:

  • C) Bereitstellen einer Zellkultur in einem Bioreaktor oder Inkubator,
  • D) Zugabe einer wässrigen Dispersion enthaltend die oben beschriebenen Nukleinsäuren enthaltenden LNP,
  • E) Verteilen der wässrigen Dispersion in der Zellkultur, und
  • F) anschließendes inkubieren.
Preferably, the invention relates to a method for gene transfer into cells, which comprises the following steps:
  • C) Providing a cell culture in a bioreactor or incubator,
  • D) Addition of an aqueous dispersion containing the LNP containing nucleic acids described above,
  • E) distributing the aqueous dispersion in the cell culture, and
  • F) subsequent incubation.

Das erfindungsgemäße Gentransferverfahren kann unter Verwendung von unterschiedlichen Zellen durchgeführt werden, beispielsweise durch Verwendung von Einzelzellen, Geweben oder von Zellkulturen.The gene transfer method according to the invention can be carried out using different cells, for example by using single cells, tissues or cell cultures.

So lassen sich die erfindungsgemäßen mit Nukleinsäuren beladenen BLNP mit prokaryotischen oder eukaryontischen Zellen, mit Geweben aus eukaryontischen Zellen oder mit Zellkulturen kombinieren. Dabei kann es sich um pflanzliche oder vorzugsweise um tierische Zellen, einschließlich menschlicher Zellen handeln.Thus, the BLNPs loaded with nucleic acids according to the invention can be combined with prokaryotic or eukaryotic cells, with tissues from eukaryotic cells or with cell cultures. These can be plant cells or, preferably, animal cells, including human cells.

Die Applikation der erfindungsgemäßen mit Nukleinsäuren beladenen LNP kann in vivo erfolgen, beispielsweise unter die Haut oder in den Muskel, oder die Applikation kann auch ex vivo erfolgen, beispielsweise mit Immunzellen, wie in der CAR-T Therapie. Es kann sich auch um eine RNA Impfung oder um eine andere Impfung handeln.The application of the LNP loaded with nucleic acids according to the invention can be carried out in vivo, for example under the skin or in the muscle, or the application can also be carried out ex vivo, for example with immune cells, as in CAR-T therapy. It can also be an RNA vaccination or another vaccination.

Unter „Zellen“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung kleinste lebende Einheiten von Organismen zu verstehen. Dabei kann es sich um Zellen von Ein- oder Mehrzellern handeln, welche von Prokaryonten oder von Eukaryoten stammen können. Bei den Zellen kann es sich um Mikroorganismen oder um einzelne Zellen handeln. Zellen können prokaryotischen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs sein oder auch von Pilzen stammen. Vorzugsweise werden eukaryotische Zellen eingesetzt, insbesondere solche, die ursprünglich aus Gewebe isoliert wurden und dauerhaft kultiviert werden können, die also immortalisiert sind.In the context of this description, "cells" are understood to mean the smallest living units of organisms. These can be cells of single- or multi-celled organisms, which can originate from prokaryotes or eukaryotes. The cells can be microorganisms or individual cells. Cells can be of prokaryotic, plant or animal origin or can originate from fungi. Eukaryotic cells are preferably used, especially those that were originally isolated from tissue and can be permanently cultivated, i.e. that are immortalized.

Unter „Geweben“ sind im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Ansammlungen differenzierter Zellen einschließlich ihrer extrazellulären Matrix zu verstehen.For the purposes of this description, “tissues” are understood to mean collections of differentiated cells including their extracellular matrix.

Unter „Zellkulturen“ werden im Rahmen der vorliegenden Beschreibung Kombinationen von Zellen oder Geweben und Zellkulturmedium bezeichnet, wobei die Zellen oder Gewebe in dem Zellkulturmedium außerhalb des Organismus kultiviert werden. Dabei kommen Zelllinien zum Einsatz, also Zellen einer Gewebeart, die sich im Verlauf der Kultivierung teilen können. Es können sowohl immortalisierte (unsterbliche) Zelllinien als auch primäre Zellen (Primärkultur) kultiviert werden. Unter Primärkultur ist üblicherweise eine nicht immortalisierte Zellkultur zu verstehen, die direkt aus einem Gewebe gewonnen wurde.In the context of this description, "cell cultures" refers to combinations of cells or tissues and cell culture medium, whereby the cells or tissues are cultivated in the cell culture medium outside the organism. Cell lines are used, i.e. cells of a tissue type that can divide during the course of cultivation. Both immortalized cell lines and primary cells (primary culture) can be cultivated. Primary culture is usually understood to mean a non-immortalized cell culture that was obtained directly from a tissue.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Zellkulturen können nach Standardmethoden erzeugt und kultiviert werden.The cell cultures used according to the invention can be produced and cultivated according to standard methods.

So lassen sich z.B. Primärkulturen aus unterschiedlichen Geweben anlegen, beispielsweise aus Geweben einzelner Organe, wie Haut, Herz, Niere oder Leber, oder aus Tumorgewebe. Die Gewebezellen können durch an sich bekannte Methoden vereinzelt werden, z.B. durch Behandlung wird mit einer Protease, wodurch die Proteine abgebaut werden, die den Zellverband aufrechterhalten. Es kann auch angebracht sein, durch Zugabe von Wachstumsfaktoren gezielt manche Zelltypen zur Teilung anzuregen oder im Fall von schlecht wachsenden Zelltypen, Fütterzellen, basalmembranartige Matrices oder rekombinante Bestandteile der extrazellulären Matrix zu verwenden. Die erfindungsgemäß eingesetzten Zellen können auch durch Einschleusung eines Plasmids als Vektor genetisch verändert werden.For example, primary cultures can be created from different tissues, for example from tissues of individual organs such as skin, heart, kidney or liver, or from tumor tissue. The tissue cells can be isolated using methods known per se, e.g. by treatment with a protease, which breaks down the proteins that maintain the cell association. It may also be appropriate to specifically stimulate certain cell types to divide by adding growth factors or, in the case of poorly growing cell types, to use feeder cells, basement membrane-like matrices or recombinant components of the extracellular matrix. The cells used according to the invention can also be genetically modified by introducing a plasmid as a vector.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Zellen können eine eingeschränkte Lebensdauer besitzen oder es handelt sich um unsterbliche Zelllinien mit der Fähigkeit, sich unendlich zu teilen. Diese können durch zufällige Mutation erzeugt worden sein, z.B. in Tumorzellen, oder durch gezielte Veränderung, beispielsweise durch die künstliche Expression des Telomerase-Gens.The cells used according to the invention can have a limited lifespan or they can be immortal cell lines with the ability to divide infinitely. These can be generated by random mutation, e.g. in tumor cells, or by targeted modification, for example by the artificial expression of the telomerase gene.

Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Zellen kann es sich um adhärent (auf Oberflächen) wachsende Zellen handeln, wie beispielsweise Fibroblasten, Endothelzellen oder Knorpelzellen, oder es kann sich um Supensionszellen handeln, die frei im Nährmedium schwimmend wachsen, wie zum Beispiel Lymphozyten.The cells used according to the invention can be adherent (on surfaces) growing cells, such as fibroblasts, endothelial cells or cartilage cells, or they can be suspension cells that grow freely floating in the nutrient medium, such as lymphocytes.

Kulturbedingungen und Zellkulturmedien werden in Abhängigkeit von den einzelnen kultivierten Zellen ausgewählt. Die verschiedenen Zelltypen bevorzugen dabei unterschiedliche Nährmedien, die spezifisch zusammengestellt werden. So werden beispielsweise unterschiedliche pH-Werte eingestellt und die einzelnen Nährmedien können unterschiedliche Aminosäuren und/oder andere Nährstoffe in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten.Culture conditions and cell culture media are selected depending on the individual cells being cultured. The different cell types prefer different nutrient media, which are specifically composed. For example, different pH values are set and the individual nutrient media can contain different amino acids and/or other nutrients in different concentrations.

Die erfindungsgemäß transfizierten Zellen können für verschiedene Bereiche eingesetzt werden, beispielsweise der Biotechnologie, Forschung oder Medizin, Veterinärmedizin. Dabei kann es sich um die Produktion von (rekombinanten) Proteinen, Viren- und/oder Viruspartikelproduktion, Untersuchung von Stoffwechsel, Teilung und weiteren zellulären Prozessen handeln. Weiterhin können die erfindungsgemäß transfizierten Zellen als Testsysteme verwendet werden, beispielsweise bei der Untersuchung der Wirkung von Substanzen auf Zelleigenschaften, wie die Signaltransduktion oder die Toxizität. Weitere zur Herstellung der erfindungsgemäß transfizierten Zellen bevorzugt eingesetzte Zellen sind Stammzellen. Dabei handelt es sich bekanntermaßen um Körperzellen, die sich in verschiedene Zelltypen oder Gewebe ausdifferenzieren können.The cells transfected according to the invention can be used in various areas, for example biotechnology, research or medicine, veterinary medicine. This can involve the production of (recombinant) proteins, virus and/or virus particle production, investigation of metabolism, division and other cellular processes. Furthermore, the cells transfected according to the invention can be used as test systems, for example in investigating the effect of substances on cell properties such as signal transduction or toxicity. Other cells preferably used to produce the cells transfected according to the invention are stem cells. These are known to be body cells that can differentiate into different cell types or tissues.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der oben beschriebenen Nukleinsäuren enthaltenden LNP zum Gentransfer in Zellen, also zum Einbringen von Nukleinsäuren und deren funktionale Freisetzung in Zellen.The invention also relates to the use of the LNPs containing the nucleic acids described above for gene transfer into cells, i.e. for introducing nucleic acids and their functional release into cells.

Im erfindungsgemäßen Verfahren, beschrieben durch die nachfolgenden Beispiele, wurde die Eigenschaft der kationischen Lipide genutzt, in saurer wässriger Lösung (z.B. 20 mM NaOAc, pH-Wert 5.5) ein homogenes, disperses System zu bilden. Ebenso verhält sich das Phospholipid z.B. DSPC. Dies ermöglichte es, reproduzierbare Volumina-aus eingestellten Stammlösungen zu entnehmen. Auch die Stealth-Lipide, wie PEG-Lipide oder POx-Lipide können auf diesem Weg in die Formulierung überführt werden, da diese in oben genanntem Puffer löslich sind. Auf Cholesterol wurde verzichtet, da dieses Molekül wasserunlöslich ist und für den Aufbau der erfindungsgemäßen Lipid-Nanopartikel nicht benötigt wird. Aus diesem Grund wurde für die folgenden Beispiele die molare Zusammensetzung der Lipid-Nanoartikel angepasst (kationisches Lipid/Helfer-lipid/Stealth-Lipid = 81,3/16,3/2,4); dabei wurde jedoch gleichzeitig das Verhältnis der Komponenten zueinander aus der Originalformulierung von Moderna (50/10/1,5) beibehalten. Durch kontrolliertes Mischen und anschließendes Scheren der Partikel mittels Ultraschallbehandlung kommt es zur Bildung homogener, unbeladener Lipid-Nanopartikel. In Form und Größe unterscheiden sich die durch Ultraschallbe-handlung gebildeten Partikel deutlich von Lipid-Nanopartikeln, die durch einfaches Mischen des Ansatzes hergestellt werden.In the process according to the invention, described by the following examples, the property of the cationic lipids to form a homogeneous, disperse system in acidic aqueous solution (e.g. 20 mM NaOAc, pH 5.5) was used. The phospholipid, e.g. DSPC, behaves in the same way. This made it possible to take reproducible volumes from adjusted stock solutions. The stealth lipids, such as PEG lipids or POx lipids, can also be transferred to the formulation in this way, since they are soluble in the buffer mentioned above. Cholesterol was omitted, since this molecule is insoluble in water and is not required for the construction of the lipid nanoparticles according to the invention. For this reason, the molar composition of the lipid nanoparticles was adapted for the following examples (cationic Lipid/helper lipid/stealth lipid = 81.3/16.3/2.4); however, the ratio of the components to each other from the original Moderna formulation (50/10/1.5) was retained. Controlled mixing and subsequent shearing of the particles using ultrasound treatment results in the formation of homogeneous, unloaded lipid nanoparticles. The particles formed by ultrasound treatment differ significantly in shape and size from lipid nanoparticles that are produced by simply mixing the mixture.

Die unbeladenen Lipid-Nanopartikel können in einem folgenden Prozessschritt mit dem gewünschten Wirkstoff, z.B. dem gewünschten genetischen Material beladen werden. In den folgenden Versuchen wurden sowohl pDNA als auch RNA eingesetzt. Das genetische Material wird z.B. in 20 mM NaOAc Puffer, pH-Wert 5.5, verdünnt (MM). Anschließend werden gleiche Mengen Nanopartikelsuspension und MM nach einer definierten Inkubationszeit durch schnelles Überführen ineinander und Mischen mittels Vortexer kombiniert. Mittels in vitro Testsystemen konnte die Funktionalität der erfindungsgemäßen mit genetischem Material beladenen Lipid-Nanopartikel hinsichtlich der Proteinexpression nachgewiesen werden. Nachdem gezeigt werden konnte, dass sich die erfindungsgemäßen Lipid-Nanopartikel grundsätzlich für Transfektionen mit pDNA eignen, wurde die Formulierung hinsichtlich Biokompatibilität weiter optimiert. Dazu wurden verschiedene Puffersysteme für die Bildung der unbeladenen Lipid-Nanopartikel sowie der beladenen Lipid-Nanopartikel getestet. Die Daten zeigen, dass ein saurer pH-Wert für positive Transfektionen essenziell ist. Zusätzlich wurde mRNA als alternatives genetisches Material verwendet. Die Experimente zeigten, dass sich die erfindungsgemäßen Lipid-Nanopartikel auch für die Transfektion mit mRNA eignen. Außerdem können verschiedene Tarnkappenpolymere als Alternative zum kommerziellen PEG-DMG eingesetzt werden.The unloaded lipid nanoparticles can be loaded with the desired active ingredient, e.g. the desired genetic material, in a subsequent process step. Both pDNA and RNA were used in the following experiments. The genetic material is diluted, for example, in 20 mM NaOAc buffer, pH 5.5 (MM). Then, after a defined incubation time, equal amounts of nanoparticle suspension and MM are combined by quickly transferring them into one another and mixing them using a vortexer. Using in vitro test systems, the functionality of the lipid nanoparticles loaded with genetic material according to the invention could be demonstrated with regard to protein expression. After it was shown that the lipid nanoparticles according to the invention are basically suitable for transfections with pDNA, the formulation was further optimized with regard to biocompatibility. For this purpose, various buffer systems were tested for the formation of the unloaded lipid nanoparticles and the loaded lipid nanoparticles. The data show that an acidic pH is essential for positive transfections. In addition, mRNA was used as an alternative genetic material. The experiments showed that the lipid nanoparticles according to the invention are also suitable for transfection with mRNA. In addition, various stealth polymers can be used as an alternative to the commercial PEG-DMG.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lipid-Nanopartikel besteht darin, dass die erfindungsgemäße Methode die Herstellung von Lipid-Nanopartikeln für den Gentransfer ohne die Verwendung von organischen Lösemitteln ermöglicht. Dies führt zu einer Reduktion der Produktionskosten, da das schnelle Entfernen der Lösemittel, beispielsweise durch Dialyse, entfällt. Außerdem wird das genetische Material geschont.The main advantage of the lipid nanoparticles according to the invention is that the method according to the invention enables the production of lipid nanoparticles for gene transfer without the use of organic solvents. This leads to a reduction in production costs, since the rapid removal of the solvents, for example by dialysis, is no longer necessary. In addition, the genetic material is protected.

Die nachfolgend beschriebenen Beispiele und Abbildungen erläutern die Erfindung, ohne diese zu begrenzen.The examples and figures described below illustrate the invention without limiting it.

zeigen die Strukturen der Lipide, die in den von BioNTech und Moderna verwendeten LNP eingesetzt werden. zeigt die Struktur des Phospholipids DSPC. zeigt die Strukturen der ionisierbaren kationischen Lipide ALC-0315 und SM-102. zeigt die Strukturen der ethoxylierten Lipide PEG-DMG und ALC-0159. zeigt die Struktur des Lipids Cholesterin (Cholesterol). show the structures of the lipids used in the LNPs used by BioNTech and Moderna. shows the structure of the phospholipid DSPC. shows the structures of the ionizable cationic lipids ALC-0315 and SM-102. shows the structures of the ethoxylated lipids PEG-DMG and ALC-0159. shows the structure of the lipid cholesterol.

SM-102 hat die Summenformel C44H87NO5 und weist eine Molmasse von 710,18 auf. Der nach Griffin berechnete HLB-Wert beträgt 5,70.SM-102 has the molecular formula C 44 H 87 NO 5 and a molecular weight of 710.18. The HLB value calculated according to Griffin is 5.70.

DSPC hat die Summenformel C44H88NO8P und weist eine Molmasse von 790,16 auf. Der nach Griffin berechnete HLB-Wert beträgt 20*(1-(617,28/790,16)=4,38DSPC has the molecular formula C 44 H 88 NO 8 P and a molecular weight of 790.16. The HLB value calculated according to Griffin is 20*(1-(617.28/790.16)=4.38

PEG-DMG hat die Summenformel C124H246O51 und weist eine Molmasse von 2553,28 auf. Der nach Griffin berechnete HLB-Wert beträgt 17,13.PEG-DMG has the molecular formula C 124 H 246 O 51 and a molecular weight of 2553.28. The HLB value calculated according to Griffin is 17.13.

Cholesterin hat die Summenformel C27H46O und weist eine Molmasse von 386,66 auf. Der nach Griffin berechnete HLB-Wert beträgt 20*(1-((386,66-17)/386,66)=0,88Cholesterol has the molecular formula C 27 H 46 O and a molecular mass of 386.66. The HLB value calculated according to Griffin is 20*(1-((386.66-17)/386.66)=0.88

Die Zusammensetzung des von BioNTech verwendeten LNP entspricht 46,3 mol % ALC-0315, 9,4 mol % DSPC, 42,7 mol % Cholesterin und 1,6 mol % ALC-0159. Die Zusammensetzung des von Moderna verwendeten LNP entspricht 50 mol % SM-102, 10 mol % DSPC, 38,5 mol % Cholesterin und 1,5 mol % PEG-DMG (vergl. jeweils Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, J. A.; Verbeke, R.; Kersten, G.; Jiskoot, W.; Crommelin, D. J. A., mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 ).The composition of the LNP used by BioNTech corresponds to 46.3 mol % ALC-0315, 9.4 mol % DSPC, 42.7 mol % cholesterol and 1.6 mol % ALC-0159. The composition of the LNP used by Moderna corresponds to 50 mol % SM-102, 10 mol % DSPC, 38.5 mol % cholesterol and 1.5 mol % PEG-DMG (see each Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, JA; Verbeke, R.; Kersten, G.; Jiskoot, W.; Crommelin, DJA, mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 ).

zeigt den schematischen Aufbau einer für die Mikrofluidik verwendeten Apparatur (vergl. Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96 ). Dabei handelt es sich beispielhaft um eine Standard-Mikrofluidikapparatur zur Herstellung konventioneller Lipidnanopartikel. shows the schematic structure of an apparatus used for microfluidics (cf. Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96 ). This is an example of a standard microfluidic device for the production of conventional lipid nanoparticles.

zeigt den schematischen Aufbau eines herkömmlich verwendeten LNP aufgebaut aus den bekannten Lipiden in bekannten Mengenverhältnissen. shows the schematic structure of a conventionally used LNP composed of the known lipids in known proportions.

zeigt ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein erster Ansatz der Herstellung basierte auf einem einfachen Mischprozess (vortexen), wobei verschiedene ionisierbare Lipide mit genetischem Material gemixt und auf Transfektion getestet wurden. Es stellte sich heraus, dass das kationische Lipid SM-102 die besten Ergebnisse lieferte, diese waren jedoch eher unterdurchschnittlich. Um die Transfektionen zu verbessern, wurde der Formulierung das Helferlipid DSPC und ein Stealth-Lipid (hier Chol-POx) hinzugefügt. Schritt 1) Lipidsuspensionen werden vorbereitet, 2) Verdünnung des genetischen Materials, 5 sec vortexen, 3) 10 min Inkubation bei Raumtemperatur, Vereinigung von Lipiden und genetischem Material, 4) schnelles Vortexen. shows a scheme of the method according to the invention. A first approach to production was based on a simple mixing process (vortexing), in which various ionizable lipids were mixed with genetic material and tested for transfection. It turned out that the cationic lipid SM-102 gave the best results, but these were rather below average. To improve the transfections, the helper lipid DSPC and a stealth lipid (here Chol-POx) were added to the formulation. Step 1) Lipid suspensions are prepared, 2) dilution of the genetic material, vortexing for 5 sec, 3) 10 min incubation at room temperature, combining lipids and genetic material, 4) rapid vortexing.

Bei Chol-POx handelt es sich um das nachstehend gezeigte Polymer

Figure DE102023001946A1_0024
Chol-POx is the polymer shown below
Figure DE102023001946A1_0024

Chol-POx-52 (n=52) hat die Summenformel C24oH416N52O56 und weist eine Molmasse von 4926,28 auf. R bedeutet Methyl. Der nach Griffin berechnete HLB-Wert beträgt 15,27.Chol-POx-52 (n=52) has the molecular formula C 24o H 416 N 52 O 56 and a molecular weight of 4926.28. R stands for methyl. The HLB value calculated according to Griffin is 15.27.

zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen LNP aufgebaut aus kationischem Lipid, Helferlipid und Stealth-Lipid, das genetisches Material als Wirkstoff enthält. shows the schematic structure of an LNP according to the invention composed of cationic lipid, helper lipid and stealth lipid, which contains genetic material as an active ingredient.

zeigt die mittels DLS erhaltenen Messergebnisse der durch Vortexen hergestellten LNP. Die Herstellung erfolgte nach dem in skizzierten Verfahren. Dabei wurde untersucht, welchen Einfluss die einzelnen Bestandteile der Formulierung auf die Partikelgröße haben. Hergestellt wurden die Kombinationen aus

  1. 1. Kationischem Lipid + genetisches Material (Legende: -),
  2. 2. Kationisches Lipid + Helferlipid + genetisches Material (Legende: DSPC),
  3. 3. Kationisches Lipid + Stealth Lipid + genetisches Material (Legende: Chol-POx),
  4. 4. der erfindungsgemäße BLNP aus allen 4 Komponenten (Legende: DSPC & Chol-POx).
shows the measurement results obtained by DLS of the LNP produced by vortexing. The production was carried out according to the method described in The aim was to investigate the influence of the individual components of the formulation on the particle size. The combinations were produced from
  1. 1. Cationic lipid + genetic material (legend: -),
  2. 2. Cationic lipid + helper lipid + genetic material (legend: DSPC),
  3. 3. Cationic lipid + stealth lipid + genetic material (legend: Chol-POx),
  4. 4. the BLNP according to the invention from all 4 components (legend: DSPC & Chol-POx).

Diese Partikel sind von links nach rechts aufgetragen und wurden jeweils bei 3 verschiedenen N/P Verhältnissen hergestellt (3, 6, 9). Bereits das kationische Lipid allein bildet mit dem genetischen Material messbare Lipoplexe (Komplexe aus Lipid und genetischem Material). Man erkennt, dass sich die Partikelgröße in Abhängigkeit von dem N/P-Verhältnis ändert. Durch Zugabe von Helferlipid (DSPC) und Stealth-Lipids (Chol-POx) bilden sich jedoch kleine, homogene Partikel, wie an dem geringeren PDI-Wert für diese LNP zu erkennen ist.These particles are shown from left to right and were each produced at 3 different N/P ratios (3, 6, 9). The cationic lipid alone forms measurable lipoplexes (complexes of lipid and genetic material) with the genetic material. It can be seen that the particle size changes depending on the N/P ratio. However, by adding helper lipid (DSPC) and stealth lipids (Chol-POx), small, homogeneous particles are formed, as can be seen from the lower PDI value for these LNPs.

In werden Ergebnisse der Transfektionsexperimente gezeigt. Bei den verwendeten Nanopartikeln handelt es sich um erfindungsgemäße LNP, die analog zu den Partikeln aus hergestellt wurden. Ergänzt wurden die Partikel der Abbildung um zwei zusätzliche Mengen an Chol-POx (1,2 % und 3,6 %). Diese Partikel wurden zur Messung der Transfektion auf Zellen übertragen. Die Partikel mit Stealth-Lipid und Phospholipid sind dabei am effizientesten. Unter Abwägung des Materialeinsatzes stellte sich eine Formulierung mit N/P 6 als optimal heraus.In Results of the transfection experiments are shown. The nanoparticles used are LNPs according to the invention, which are analogous to the particles from were produced. The particles in the figure were supplemented with two additional amounts of Chol-POx (1.2% and 3.6%). These particles were transferred to cells to measure the transfection. The particles with stealth lipid and phospholipid are the most efficient. After weighing up the material usage, a formulation with N/P 6 turned out to be optimal.

skizziert eine weitere Herstellungsmethode der erfindungsgemäßen LNP. Das Ziel bestand darin, die Größe der entstehenden LNP zu reduzieren und die Effizienz bezüglich Gentransport weiter zu verbessern. Von den denkbar möglichen Methoden stellte sich die Behandlung mit Ultraschall als am geeignetsten heraus. Die Lipidmischung wird mittels Ultraschalls behandelt und es entstehen deutlich kleinere, noch unbeladene Lipidpartikel, die anschließend mit genetischem Material beladen wurden. Schritt 1) Lipidsuspensionen werden vorbereitet, 2) LNP Assemblierung durch Ultraschallbehandlung, 3) Verdünnung des genetischen Materials, 5 sec vortexen, 4) 10 min Inkubation bei Raumtemperatur, Vereinigung von Lipiden und genetischem Material, 5) schnelles Vortexen. outlines another method for producing the LNP according to the invention. The aim was to reduce the size of the resulting LNP and to further improve the efficiency of gene transport. improve. Of the possible methods, treatment with ultrasound turned out to be the most suitable. The lipid mixture is treated with ultrasound and significantly smaller, still unloaded lipid particles are created, which are then loaded with genetic material. Step 1) Lipid suspensions are prepared, 2) LNP assembly by ultrasound treatment, 3) dilution of the genetic material, vortexing for 5 seconds, 4) 10 min incubation at room temperature, combining lipids and genetic material, 5) rapid vortexing.

( stellt eine vergrößerte Darstellung der Ergebnisse aus dar) zeigen Partikeldurchmesser und PDI-Werte von LNP. Die untersuchten LNP enthalten unterschiedliche Lipide bzw. Lipidkombinationen beschrieben wie für . Es werden LNP miteinander verglichen, die mit den in (Vortexen) und 8 (Ultraschallbehandlung) skizzierten Verfahren erzeugt wurden sind. Es stellte sich heraus, dass die mit letzterem Verfahren erzeugten Partikel deutlich kleiner sind. ( provides an enlarged view of the results show particle diameters and PDI values of LNP. The LNPs investigated contain different lipids or lipid combinations as described for . LNPs are compared with those in (vortexing) and 8 (ultrasonic treatment). It turned out that the particles produced with the latter method are significantly smaller.

Alle im folgenden gezeigten Messdaten zu den LNP beziehen sich auf eine molare Zusammensetzung von 82,3 mol% SM-102, 16,5 mol% DSPC und 1,2 mol% Stealth Lipid bzw. 81,3 mol% SM-102, 16,3 mol% DSPC und 2,4 mol% Stealth Lipid. Gezeigte Transfektionsexperimente wurden unter Verwendung von HEK293T Zellen durchgeführt. Die Inkubationsdauer beträgt 24 h bei 37 °C und die Messwerte wurden mittel Durchflusszytometrie erhoben.All measurement data for the LNP shown below refer to a molar composition of 82.3 mol% SM-102, 16.5 mol% DSPC and 1.2 mol% Stealth Lipid or 81.3 mol% SM-102, 16.3 mol% DSPC and 2.4 mol% Stealth Lipid. The transfection experiments shown were carried out using HEK293T cells. The incubation period is 24 h at 37 °C and the measured values were recorded using flow cytometry.

In werden die Rohdaten aus der Messung mittels Durchflusszytometer nach Transfektion gezeigt. Verglichen werden die erfindungsgemäßen LNP der Methode gemäß (Vortexen) (A-C) mit den erfindungsgemäßen LNP der Methode gemäß (Ultraschallbehandlung) (D-F). Im Vergleich zwischen (70,05%) weisen die mittels Ultraschalls hergestellten LNP eine deutlich höhere Transfektionseffizienz von 88,92% ( auf.In The raw data from the measurement using a flow cytometer after transfection are shown. The LNP according to the invention are compared with the method according to (Vortexen) (AC) with the LNP according to the invention according to the method (Ultrasound treatment) (DF). In comparison between (70.05%), the LNPs produced by ultrasound show a significantly higher transfection efficiency of 88.92% ( on.

In werden die relativen mittleren Fluoreszenzintensitäten zu den Rohdaten aus gezeigt. Die quergestreiften Balken stellen in diesem Fall die LNP dar, welche mittels der Methode gemäß hergestellt wurden. Zu erkennen ist, dass der reine Lipoplex aus kationischem Lipid mit anionischem Wirkstoff bei beiden Methoden kaum Fluoreszenz zeigt. Die erfindungsgemäßen LNP hingegen zeigen deutliche Fluoreszenzwerte (400x - 900x mehr als die Negativkontrolle). Außerdem wurde zur besseren Einordnung der Ergebnisse ein Polyplex aus Polyethylenimin (PEI) mit den LNP verglichen. Zu erkennen ist, dass der mittels Ultraschalls hergestellte LNP dem Polyplex PEI überlegen ist. Außerdem sind die gemäß Methode (Ultraschall) den LNP hergestellt mittels Methode (Vortexen) deutlich überlegen.In the relative mean fluorescence intensities are added to the raw data from The horizontal bars in this case represent the LNP, which was calculated using the method according to It can be seen that the pure lipoplex made of cationic lipid with anionic active ingredient shows hardly any fluorescence in both methods. The LNP according to the invention, on the other hand, show clear fluorescence values (400x - 900x more than the negative control). In addition, a polyplex made of polyethyleneimine (PEI) was compared with the LNP to better classify the results. It can be seen that the LNP produced by ultrasound is superior to the PEI polyplex. In addition, the LNPs produced according to the method (ultrasound) the LNP produced using method (Vortexen) clearly superior.

zeigt Ergebnisse, die mit LNP erhalten wurden, welche unter Einsatz verschiedener Puffer hergestellt worden sind. Die in den vorangehenden Abbildungen gezeigten Ergebnisse wurden mit LNP erhalten, die bei pH 4.0 im Citratpuffer (50 mM) hergestellt worden waren. 50 mM Citratpuffer lässt sich unter diesen Umständen nur unter hohem Aufwand (beispielsweise Dialyse) auf pH 7.4 neutralisieren. Um diesen Prozess zu erleichtern ist es notwendig die verwendeten Puffersysteme zu ändern. Es wurden daher andere Puffersysteme untersucht. Getestet wurden TRIS, PBS (pH 7.4) und NaOAc (pH 5.5) als Lösemittel für die Lipidsuspensionen. Gleichzeitig wurde das genetische Material in verschiedenen Puffern dispergiert (MM). Dabei wurden HBG (20 mM, pH 7.4), TRIS (20 mM, pH 7.4), PBS (pH 7.4) und NaOAc (20 mM, pH 5.5) verwendet. Somit ergaben sich neben der anfänglichen Kombination aus 50 mM Citratpuffer mit 20 mM HBG 15 neue Pufferkombinationen. In Abwesenheit von Citratpuffer konnte das einzige positive Ergebnisse aus der Kombination 20 mM NaOAc pH 5.5 (LNP) mit 20 mM NaOAc pH 5.5 (MM) erzielt werden. Die LNP wurden für diese Versuchsreihe mittels Vortexens hergestellt. Der Vorteil der Verwendung von 20 mM NaOAc besteht darin, dass er sich deutlich leichter als Citratpuffer neutralisieren lässt. Für die weiteren Experimente wurde mit dieser Kombination aus Lösemittel weitergearbeitet. shows results obtained with LNPs prepared using different buffers. The results shown in the previous figures were obtained with LNPs prepared at pH 4.0 in citrate buffer (50 mM). Under these circumstances, 50 mM citrate buffer can only be neutralized to pH 7.4 with great effort (e.g. dialysis). To facilitate this process, it is necessary to change the buffer systems used. Therefore, other buffer systems were investigated. TRIS, PBS (pH 7.4) and NaOAc (pH 5.5) were tested as solvents for the lipid suspensions. At the same time, the genetic material was dispersed in different buffers (MM). HBG (20 mM, pH 7.4), TRIS (20 mM, pH 7.4), PBS (pH 7.4) and NaOAc (20 mM, pH 5.5) were used. This resulted in 15 new buffer combinations in addition to the initial combination of 50 mM citrate buffer with 20 mM HBG. In the absence of citrate buffer, the only positive result was obtained from the combination of 20 mM NaOAc pH 5.5 (LNP) with 20 mM NaOAc pH 5.5 (MM). The LNP were prepared for this series of experiments by vortexing. The advantage of using 20 mM NaOAc is that it is much easier to neutralize than citrate buffer. This solvent combination was used for the further experiments.

In den sind Teilchendurchmesser (Säulen) und PDI-Werte (Punkte) von LNP dargestellt. verdeutlicht noch einmal den Vorteil der Ultraschall Methode, da deutlich kleinere Partikelgrößen erzielt werden können. Im Folgenden wurde untersucht, ob der Wechsel des Puffersystems von Citratpuffer auf NaOAc ähnliche Partikelgrößen hervorbringt. In ist zu erkennen, dass dies der Fall ist (ähnliche Größen). Die Puffersysteme wurden variiert und die Nanopartikel nach der Herstellung auf gleiche Weise mittels DLS vermessen.In the Particle diameters (columns) and PDI values (dots) of LNP are shown. once again illustrates the advantage of the ultrasound method, as significantly smaller particle sizes can be achieved. In the following, it was investigated whether changing the buffer system from citrate buffer to NaOAc produces similar particle sizes. In it can be seen that this is the case (similar sizes). The buffer systems were varied and the nanoparticles were measured in the same way using DLS after production.

zeigt die Transfektionseffizienz (relative mittleren Fluoreszenzintensität) der mit NaOAc-Puffer hergestellten LNP. Der Puffer wurde dabei einmal mit einem äquimolaren Anteil Salzsäure (HCl) angesäuert sowie auf pH 4.0 eingestellt, um zu testen, ob der konkrete pH-Wert der Formulierung Einfluss auf die Wirksamkeit hat. Zu erkennen ist, dass die Werte für pH 5.5 am höchsten sind. Somit erübrigt sich die weitere Anpassung des Puffersystems und für die weitere Optimierung wurde mit 20 mM NaOAc bei pH 5.5 weitergearbeitet. shows the transfection efficiency (relative mean fluorescence intensity) of the LNP produced with NaOAc buffer. The buffer was acidified once with an equimolar amount of hydrochloric acid (HCl) and adjusted to pH 4.0 to test whether the specific pH value of the formulation influences the effectiveness. It can be seen that the values for pH 5.5 are the highest. This means that further To adapt the buffer system and for further optimization, work was continued with 20 mM NaOAc at pH 5.5.

Für eine weitere Anwendung ist es zwingend notwendig, dass die Formulierung von pH 5.5 auf pH 7.4 neutralisiert werden kann. In wird gezeigt, wie die pH 5.5 Formulierung neutralisiert werden kann, ohne dass darunter die Transfektionseffizienz leidet. Vor dem Inkontaktbringen der LNP mit dem Zellkulturmedium wurden die Proben jedoch nun 1 + 1 mit dem entsprechend abgebildeten Puffer versetzt. Diese Abbildung zeigt, dass die Transfektionen der neutralisierten Proben überraschenderweise sogar besser sind als ohne Neutralisation (pH 5.5). Eine bevorzugte Herstellung der LNP beinhaltet also eine Herstellung der Nanopartikel bei pH 5.5 unter Verwendung von 20 mM NaOAc gefolgt von einer Neutralisation mittels Zugabe von PBS.For further use, it is imperative that the formulation can be neutralized from pH 5.5 to pH 7.4. In shows how the pH 5.5 formulation can be neutralized without affecting the transfection efficiency. Before bringing the LNP into contact with the cell culture medium, the samples were mixed 1 + 1 with the corresponding buffer shown. This figure shows that the transfections of the neutralized samples are surprisingly even better than without neutralization (pH 5.5). A preferred preparation of the LNP therefore involves preparing the nanoparticles at pH 5.5 using 20 mM NaOAc followed by neutralization by adding PBS.

In sind die Ergebnisse der Toxizitätsmessungen abgebildet. Dazu wurden unbeladene LNP gemäß der Methode aus hergestellt. Verwendet wurden zu diesem Zweck zwei verschiedene Stealth-Polymere. Zum einen das Chol-POx, zum anderen das PEG-DMG. Der Versuch wurde auf L929 Zellen durchgeführt und diese wurden mit LNP-Suspensionen in verschiedenen Konzentrationen bis 826 µg/mL für 24 h inkubiert und anschließend mittels Presto-Blue Assay ausgewertet. Zu erkennen ist, dass die erfindungsgemäßen LNP in dem getesteten Bereich keine Toxizität aufweisen.In The results of the toxicity measurements are shown. For this purpose, unloaded LNP were tested according to the method from manufactured. Two different stealth polymers were used for this purpose. One was Chol-POx, the other was PEG-DMG. The test was carried out on L929 cells and these were incubated with LNP suspensions in various concentrations up to 826 µg/mL for 24 hours and then evaluated using the Presto-Blue assay. It can be seen that the LNP according to the invention does not exhibit any toxicity in the tested range.

In werden DLS-Messungen (Partikelgrößen) der LNP, analog wie für beschrieben hergestellt, abgebildet. Dabei wurden unbeladene Partikel vermessen (BLANK) sowie Partikel mit mRNA und pDNA beladen. Letztere wurden sowohl bei pH 5.5 (NaOAc), als auch nach Neutralisation mit PBS (pH 7.4) vermessen. Zu erkennen ist, dass die Wahl des genetischen Materials keinen Einfluss auf die Größe hat. Die Neutralisation führt zu einem geringen Anstieg der Größen.In DLS measurements (particle sizes) of the LNP are carried out, analogous to described. Unloaded particles were measured (BLANK) as well as particles loaded with mRNA and pDNA. The latter were measured both at pH 5.5 (NaOAc) and after neutralization with PBS (pH 7.4). It can be seen that the choice of genetic material has no influence on the size. Neutralization leads to a slight increase in the sizes.

zeigen die PDI-Werte der in beschriebenen LNP. show the PDI values of the described LNP.

zeigt den Anteil der EGFP positiven Zellen eines Transfektionsexperimentes in Abhängigkeit von der Menge an verwendetem genetischem Material. BLNP mit dem Stealth Lipid Chol-POx wurden dazu gemäß hergestellt und mit mRNA und pDNA beladen. Zu erkennen ist, dass die erfindungsgemäßen BLNP PEI deutlich überlegen sind. shows the proportion of EGFP positive cells in a transfection experiment depending on the amount of genetic material used. BLNP with the stealth lipid Chol-POx were transfected according to and loaded with mRNA and pDNA. It can be seen that the BLNPs according to the invention are clearly superior to PEI.

listet mögliche und bereits verwendete PEG und POx Lipide auf. lists possible and already used PEG and POx lipids.

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  • Kulkarni, J. A.; Thomson, S. B.; Zaifman, J.; Leung, J.; Wagner, P. K.; Hill, A.; Tam, Y. Y. C.; Cullis, P. R.; Petkau, T. L.; Leavitt, B. R., Spontaneous, solvent-free entrapment of siRNA within lipid nanoparticles. Nanoscale 2020, 12, 23959-23966 [0028]Kulkarni, J.A.; Thomson, S.B.; Zaifman, J.; Leung, J.; Wagner, P.K.; Hill, A.; Tam, Y.Y.C.; Cullis, P.R.; Petkau, T.L.; Leavitt, B. R., Spontaneous, solvent-free entrapment of siRNA within lipid nanoparticles. Nanoscale 2020, 12, 23959-23966 [0028]
  • De, A.; Ko, Y. T., Single pot organic solvent-free thermocycling technology for siRNAionizable LNPs: A proof-of-concept approach for alternative to microfluidics. Drug Delivery 2022, 29, 2644-2657 [0028]De, A.; Ko, Y. T., Single pot organic solvent-free thermocycling technology for siRNAionizable LNPs: A proof-of-concept approach for alternative to microfluidics. Drug Delivery 2022, 29, 2644-2657 [0028]
  • Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, J. A.; Verbeke, R.; Kersten, G.; Jiskoot, W.; Crommelin, D. J. A., mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 [0182]Schoenmaker, L.; Witzigmann, D.; Kulkarni, J.A.; Verbeke, R.; Kersten, G.; Jiskoot, W.; Crommelin, D. J. A., mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int. J. Pharm. 2021, 601, 120586 [0182]
  • Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96 [0183]Maeki, M.; Uno, S.; Niwa, A.; Okada, Y.; Tokeshi, M., Microfluidic technologies and devices for lipid nanoparticle-based RNA delivery. J. Control. Release 2022, 344, 80-96 [0183]

Claims (27)

Lipid-Nanopartikel enthaltend a) mindestens ein kationisches/ ionisierbares Lipid, b) mindestens ein Phospholipid, und c) mindestens ein Stealth-Lipid ausgewählt aus der Gruppe der Lipide enthaltend ein oder mehrere Poly(alkylenoxid)ketten (PEG-Lipid) oder enthaltend ein oder mehreren Poly(oxazolin)ketten (POx-Lipid), oder enthaltend ein oder mehrere Polyglycerinketten (PG-Lipide), oder enthaltend ein oder mehrere Poly(hydroxyalkyl(meth)acrylat)ketten (PHAA-Lipid), oder enthaltend ein oder mehrere Poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamid)ketten (PHAAA-Lipid), oder enthaltend ein oder mehrere Poly(vinylpyrrolidon)ketten (PVP-Lipid), oder enthaltend ein oder mehrere Poly(N,N-dialkyl(meth)-acrylamid)ketten (PDMAA-Lipid), oder enthaltend ein oder mehrere Poly(N-(meth)acryloylmorpholin)ketten (PAM-Lipide) oder enthaltend ein oder mehrere Poly(aminosäure)ketten (PAA-Lipide), mit der Maßgabe, dass alle im Lipid-Nanopartikel enthaltenen Lipide einen HLB-Wert von größer gleich 3 aufweisen.Lipid nanoparticles containing a) at least one cationic/ionizable lipid, b) at least one phospholipid, and c) at least one stealth lipid selected from the group of lipids containing one or more poly(alkylene oxide) chains (PEG lipid) or containing one or more poly(oxazoline) chains (POx lipid), or containing one or more polyglycerol chains (PG lipids), or containing one or more poly(hydroxyalkyl(meth)acrylate) chains (PHAA lipid), or containing one or more poly(N-(hydroxyalkyl)(meth)acrylamide) chains (PHAAA lipid), or containing one or more poly(vinylpyrrolidone) chains (PVP lipid), or containing one or more poly(N,N-dialkyl(meth)acrylamide) chains (PDMAA lipid), or containing one or more Poly(N-(meth)acryloylmorpholine) chains (PAM lipids) or containing one or more poly(amino acid) chains (PAA lipids), with the proviso that all lipids contained in the lipid nanoparticle have an HLB value greater than or equal to 3. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit anionischen Gruppen aufweisenden Wirkstoffen beladen sind.Lipid nanoparticles after claim 1 , characterized in that they are loaded with active substances containing anionic groups. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Molmassenanteil des kationischen Lipids a) 51 bis 94,9 %, der Molmasseanteil des Phospholipids b) 5 bis 40 %, und der Molmasseanteil des Stealth-Lipids c) 0,1 bis 10 % beträgt, wobei die angegebenen Prozentzahlen auf die Gesamtmasse der im LNP enthaltenen Lipide beziehen.Lipid nanoparticles after claim 1 , characterized in that the molar mass fraction of the cationic lipid a) is 51 to 94.9%, the molar mass fraction of the phospholipid b) is 5 to 40%, and the molar mass fraction of the stealth lipid c) is 0.1 to 10%, wherein the percentages stated refer to the total mass of the lipids contained in the LNP. Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese neben den Lipiden a), b) und c) keine weiteren Lipide d) und keine Hilfs- oder Zusatzstoffe e) enthalten.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 3 , characterized in that , in addition to the lipids a), b) and c), they contain no further lipids d) and no auxiliary or additive substances e). Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Lipid a) keine Phosphatgruppen und mindestens eine Aminogruppe enthält.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the cationic lipid a) contains no phosphate groups and at least one amino group. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Lipid a) ein ionisierbares Lipid ist, das im sauren pH-Bereich von 4 bis 7 am Stickstoffatom über eine Protonierung eine positive Ladung ausbildet und das im basischen pH-Bereich oberhalb von 7 nahezu neutral vorliegt.Lipid nanoparticles after claim 5 , characterized in that the cationic lipid a) is an ionizable lipid which forms a positive charge on the nitrogen atom via protonation in the acidic pH range from 4 to 7 and which is almost neutral in the basic pH range above 7. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Lipid a) ein bis zwei Aminogruppen mit einem pKs-Wert von 7 bis 9 enthält.Lipid nanoparticles after claim 6 , characterized in that the cationic lipid a) contains one to two amino groups with a pKa value of 7 to 9. Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Lipid a) die Struktur der Formel (I) aufweist
Figure DE102023001946A1_0025
worin R1 ein Rest der Formel R4R5N-(CmH2m)-, CH3-(CnH2n)-O-(CoH2o)-, HO-(CmH2m)-, HO-CH2-CH(OH)-CH2-, CH3-(CH2)n-O-CO-(CmH2m)-, CH3-(CnH2n)-CO-O-(CmH2m)-, NC-(CoH2o)-, HO-CH2-CH((CoH2o)-CH3)-, CH3-(CoH2o)-CH(OH)-(CpH2p)-, CH3-(CnH2n)-CO-NH-(CoH2o)-, (HO-CH((CqH2q)-CH3)-CH((CoH2o)-OH)- oder C6H10(OH)- ist, R2 und R3 unabhängig voneinander Alkylreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls durch eine Estergruppe -CO-O- oder -O-CO- unterbrochen sein können, und/oder Alkylenreste mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen und ein, zwei oder drei nicht direkt zueinander benachbarten Doppelbindungen sind, R4 und R5 unabhängig voneinander Wasserstoff oder Alkylreste mit ein bis fünf Kohlenstoffatomen sind oder beide Reste R4 und R5 zusammen mit dem gemeinsamen Stickstoffatom einen Pyrrolidin- oder Piperidinrest bilden, m eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist, n eine ganze Zahl von 0 bis 6 bedeutet, o und p unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 6 sind, q eine ganze Zahl von 2 bis 16 ist, und r 0 oder 1 bedeutet.
Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the cationic lipid a) has the structure of formula (I)
Figure DE102023001946A1_0025
where R 1 is a radical of the formula R 4 R 5 N-(C m H 2m )-, CH 3 -(C n H 2n )-O-(C o H 2o )-, HO-(C m H 2m )-, HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -, CH 3 -(CH 2 ) n -O-CO-(C m H 2m )-, CH 3 -(C n H 2n )-CO-O-(C m H 2m )-, NC-(C o H 2o )-, HO-CH 2 -CH((C o H 2o )-CH 3 )-, CH 3 -(C o H 2o )-CH(OH)-(CpH 2p )-, CH 3 -(C n H 2n )-CO-NH-(C o H2o )-, (HO-CH((C q H2 q )-CH3)-CH((C o H 2o )-OH)- or C 6 H 10 (OH)-, R 2 and R 3 are independently alkyl radicals having six to twenty carbon atoms, which may optionally be interrupted by an ester group -CO-O- or -O-CO-, and/or alkylene radicals having six to twenty carbon atoms and one, two or three double bonds which are not directly adjacent to one another, R 4 and R 5 are independently hydrogen or alkyl radicals having one to five carbon atoms or both radicals R 4 and R 5 together with the common nitrogen atom form a pyrrolidine or piperidine radical, m is an integer from 2 to 6, n is an integer from 0 to 6, o and p are independently integers from 1 to 6, q is an integer from 2 to 16, and r is 0 or 1.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Phospholipid b) die Struktur der Formel (IVa) oder (IVb) aufweist
Figure DE102023001946A1_0026
Figure DE102023001946A1_0027
worin LP ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, Me Wasserstoff, ein ein- oder zweiwertiges Metallkation oder ein Ammoniumkation ist, KG eine Kopfgruppe bedeutet, welche einen aliphatischen Rest enthaltend mindestens eine Hydroxylgruppe darstellt, vorzugsweise einen aliphatischen Rest mit einer Hydroxylgruppe und einer Aminogruppe mit einer Hydroxylgruppe und einer quaternären Ammoniumgruppe oder den Rest eines Kohlehydrats mit fünf bis sechs Hydroxylgruppen, und die Reste LP im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the phospholipid b) has the structure of formula (IVa) or (IVb)
Figure DE102023001946A1_0026
Figure DE102023001946A1_0027
wherein LP is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, Me is hydrogen, a mono- or divalent metal cation or an ammonium cation, KG is a head group which represents an aliphatic radical containing at least one hydroxyl group, preferably an aliphatic radical with one hydroxyl group and one amino group with one hydroxyl group and one quaternary ammonium group or the radical of a carbohydrate with five to six hydroxyl groups, and the radicals LP can assume different meanings within a molecule within the framework of the given definitions.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Phospholipid b) die Struktur der Formel (Va) oder (Vb) aufweist
Figure DE102023001946A1_0028
Figure DE102023001946A1_0029
worin LP ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, Me Wasserstoff, ein ein- oder zweiwertiges Metallkation oder ein Ammoniumkation ist, KG eine Kopfgruppe bedeutet, welche einen aliphatischen Rest enthaltend mindestens eine Hydroxylgruppe darstellt, vorzugsweise einen aliphatischen Rest mit einer Hydroxylgruppe und einer Aminogruppe mit einer Hydroxylgruppe und einer quaternären Ammoniumgruppe oder den Rest eines Kohlehydrats mit fünf bis sechs Hydroxylgruppen, und mp eine ganze Zahl von 2 bis 8 insbesondere 6 ist, und die Reste LP in der Verbindung der Formel (Vb) im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 8 , characterized in that the phospholipid b) has the structure of formula (Va) or (Vb)
Figure DE102023001946A1_0028
Figure DE102023001946A1_0029
wherein LP is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, Me is hydrogen, a mono- or divalent metal cation or an ammonium cation, KG is a head group which represents an aliphatic radical containing at least one hydroxyl group, preferably an aliphatic radical with one hydroxyl group and one amino group with one hydroxyl group and one quaternary ammonium group or the radical of a carbohydrate with five to six hydroxyl groups, and mp is an integer from 2 to 8, in particular 6, and the residues LP in the compound of formula (Vb) can assume different meanings within one molecule within the framework of the given definitions.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stealth-Lipid c) die Struktur der Formel (VIIIa) oder (VIIIb) aufweist
Figure DE102023001946A1_0030
Figure DE102023001946A1_0031
worin LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, oder ein Sterinrest, ol eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist, vorzugsweise 10 bis 200, R9 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen oder einen Rest -LPL darstellt, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl Ethyl oder ein Sterinrest, und die Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the stealth lipid c) has the structure of formula (VIIIa) or (VIIIb)
Figure DE102023001946A1_0030
Figure DE102023001946A1_0031
wherein LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, or a sterol radical, ol is an integer from 5 to 500, preferably 10 to 200, R 9 represents hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms or a radical -LPL, preferably hydrogen, methyl ethyl or a sterol radical, and the radicals LPL can assume different meanings within a molecule within the framework of the given definitions.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stealth-Lipid c) die Struktur der Formel (IXa) oder (IXb) aufweist LPL-NH-CO-O-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)ol-1-OR9 (IXa)
Figure DE102023001946A1_0032
worin LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, oder ein Sterinrest ist, ol eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist, vorzugsweise 10 bis 200, R9 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen oder einen Rest -LPL darstellt, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl Ethyl oder ein Sterinrest ist, und die Reste LPL in der Verbindung der Formel (IXb) im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the stealth lipid c) has the structure of formula (IXa) or (IXb) LPL-NH-CO-O-CH 2 -CH 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) ol-1 -OR 9 (IXa)
Figure DE102023001946A1_0032
wherein LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, or is a sterol radical, ol is an integer from 5 to 500, preferably 10 to 200, R 9 is hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms or a radical -LPL, preferably hydrogen, methyl ethyl or a sterol radical, and the radicals LPL in the compound of the formula (IXb) can assume different meanings within a molecule within the framework of the given definitions.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stealth-Lipid c) ein POx-Lipid ist.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the stealth lipid c) is a POx lipid. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das POx-Lipid eine Struktur der Formel (XIIIa) oder (XIIIb) aufweist
Figure DE102023001946A1_0033
Figure DE102023001946A1_0034
worin LPL ein gesättigter oder ein- bis dreifach-ethylenisch ungesättigter Alkyl- oder Alkenylrest mit sechs bis zwanzig Kohlenstoffatomen ist, wobei mehrere Doppelbindungen nicht direkt zueinander benachbart sind, oder ein Sterinrest ist, ol eine ganze Zahl von 5 bis 500 ist, vorzugsweise 10 bis 200, R10 Wasserstoff, Alkyl mit ein bis sechs Kohlenstoffatomen oder ein Rest -LPL darstellt, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl Ethyl oder ein Sterinrest ist, und R11 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl bedeutet, wobei die Reste LPL im Rahmen der gegebenen Definitionen innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Bedeutungen annehmen können.
Lipid nanoparticles after claim 13 , characterized in that the POx lipid has a structure of formula (XIIIa) or (XIIIb)
Figure DE102023001946A1_0033
Figure DE102023001946A1_0034
wherein LPL is a saturated or mono- to triethylenically unsaturated alkyl or alkenyl radical having six to twenty carbon atoms, where several double bonds are not directly adjacent to one another, or is a sterol radical, ol is an integer from 5 to 500, preferably 10 to 200, R 10 is hydrogen, alkyl having one to six carbon atoms or a radical -LPL, preferably hydrogen, methyl ethyl or a sterol radical, and R 11 is hydrogen or C 1 -C 4 alkyl, where the LPL radicals can assume different meanings within a molecule within the framework of the given definitions.
Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass deren Lipide nur kationische Lipide a), Phospholipide b) und Stealth-Lipide c) sind, und dass die kationischen Lipide a) ausgewählt sind aus der Gruppe N,N-Dioleyl-N,N-dimethylammoniumchlorid (DODAC); N-(2,3-Dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammoniumchlorid (DOTMA); N,N-Distearyl-N,N-dimethylammoniumbromid (DDAB); N-(2,3-Dioleoyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammoniumchlorid (DOTAP); 3-(N-(N',N'-Dimethylaminoethan)-carbamoyl)-cholesterol (DC-Chol), N-(1-(2,3-Dioleoyloxy)propyl)-N-2-(spermincarboxamido)ethyl)-N,N-dimethylammonium-trifluoroacetat (DOSPA), 1,2-Dioleoyl-sn-3phosphoethanolamin (DOPE), Dioctadecylamidoglycylcarboxyspermin (DOGS), 1,2-Dioleoyl-3-dimethylammoniumpropan (DODAP), N,N-Dimethyl-2,3-dioleoyloxy)propylamin (DODMA), N-(1,2-Dimyristyloxyprop-3-yl)-N,N-dimethyl-N-hydroxyethylammoniumbromid (DMRIE), 1,2-Dilinoleyloxy-N,N-dimethylaminopropan (DLinDMA), oder 1,2-Dilinolenyloxy-N,N-dimethylaminopropan (DLenDMA), dass die Phospholipide b) ausgewählt sind aus der Gruppe Distearoylphosphatidylcholin (DSPC), Dioleoylphosphatidylcholin (DOPC), Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerin (DOPG), Dipalmitoylphosphatidylglycerin (DPPG), Dioleoylphosphatidylethanol-amin (DOPE), Palmitoyloleoylphosphatidylcholin (POPC), Palmitoyloleoyl-phosphatidylethanolamin (POPE), Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N-(maleimidomethyl) Natriumsalz (DOPE-mal), Dipalmitoyl-phosphatidylethanol-amin (DPPE), Dimyristoylphosphoethanolamin (DMPE), Distearoylphosphatidyl-ethanolamin (DSPE), 16-0-Monomethyl PE, 16-0-Dimethyl PE, 18-1-Trans PE, 1-Stearioyl-2-oleoylphosphatidyethanolamin (SOPE), oder 1,2-Dielaidoyl-sn-glycero-3-phophoethanolamin (transDOPE), und dass die Stealth-Lipide c) ausgewählt sind aus der Gruppe pegyliertes Diacylglycerin (PEG-DAG), insbesondere 1-(Monomethoxy-polyethylenglycol)-2,3-dimyristoylglycerin (PEG-DMG), pegyliertes Phosphatidylethanolamin (PEG-PE), PEG-Succinat-diacylglycerin (PEG-S-DAG), insbesondere 4-O-(2',3'-Di(tetradecanoyloxy)-propyl-1-O-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)butandioat (PEG-S-DMG), pegyliertes Ceramid (PEG-cer), oder PEG-Dialkoxypropylcarbamat, insbesondere ω-Methoxy(polyethoxy)ethyl-N-(2,3-di(tetradecanoxy)propyl)-carbamat oder 2,3-Di(tetradecanoxy)propyl-N-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)-carbamat.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 14 , characterized in that their lipids are only cationic lipids a), phospholipids b) and stealth lipids c), and that the cationic lipids a) are selected from the group N,N-dioleyl-N,N-dimethylammonium chloride (DODAC); N-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTMA); N,N-distearyl-N,N-dimethylammonium bromide (DDAB); N-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTAP); 3-(N-(N',N'-dimethylaminoethane)-carbamoyl)-cholesterol (DC-Chol), N-(1-(2,3-dioleoyloxy)propyl)-N-2-(sperminecarboxamido)ethyl)-N,N-dimethylammonium trifluoroacetate (DOSPA), 1,2-dioleoyl-sn-3phosphoethanolamine (DOPE), Dioctadecylamidoglycylcarboxyspermine (DOGS), 1,2-dioleoyl-3-dimethylammonium propane (DODAP), N,N-dimethyl-2,3-dioleoyloxy)propylamine (DODMA), N-(1,2-dimyristyloxyprop-3-yl)-N,N-dimethyl-N-hydroxyethylammonium bromide (DMRIE), 1,2-Dilinoleyloxy-N,N-dimethylaminopropane (DLinDMA), or 1,2-Dilinolenyloxy-N,N-dimethylaminopropane (DLenDMA), that the phospholipids b) are selected from the group distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dioleoylphosphatidylcholine (DOPC), dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG), Dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), Palmitoyloleoylphosphatidylcholine (POPC), Palmitoyloleoyl-phosphatidylethanolamine (POPE), Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-(maleimidomethyl) sodium salt (DOPE-mal), Dipalmitoyl-phosphatidylethanolamine (DPPE), Dimyristoylphosphoethanolamine (DMPE), Distearoylphosphatidylethanolamine (DSPE), 16-0-Monomethyl PE, 16-0-Dimethyl PE, 18-1-Trans PE, 1-Stearioyl-2-oleoylphosphatidyethanolamine (SOPE), or 1,2-Dielaidoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (transDOPE), and that the stealth lipids c) are selected from the group pegylated diacylglycerol (PEG-DAG), in particular 1-(monomethoxy-polyethylene glycol)-2,3-dimyristoylglycerol (PEG-DMG), pegylated phosphatidylethanola min (PEG-PE), PEG-succinate-diacylglycerol (PEG-S-DAG), in particular 4-O-(2',3'-di(tetradecanoyloxy)-propyl-1-O-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)butanedioate (PEG-S-DMG), pegylated ceramide (PEG-cer), or PEG-dialkoxypropylcarbamate, in particular ω-Methoxy(polyethoxy)ethyl-N-(2,3-di(tetradecanoxy)propyl)-carbamate or 2,3-di(tetradecanoxy)propyl-N-(ω-methoxy-(polyethoxy)ethyl)-carbamate. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff eine Nukleinsäure ist, vorzugsweise eine DNA und/oder RNA, insbesondere eine Nukleinsäure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, bakterieller DNA, antisenseDNA, viraler DNA, Plasmiden, hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNAa, miRNA, antisense RNA, bakerieller RNA und viraler RNA. Lipid nanoparticles after claim 2 , characterized in that the active ingredient is a nucleic acid, preferably a DNA and/or RNA, in particular a nucleic acid selected from the group consisting of A-DNA, B-DNA, Z-DNA, mtDNA, bacterial DNA, antisense DNA, viral DNA, plasmids, hnRNA, mRNA, tRNA, rRNA, mtRNA, snRNA, snoRNA, scRNA, siRNAa, miRNA, antisense RNA, bacterial RNA and viral RNA. Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass deren Teilchendurchmesser (z-Average) sich im Bereich zwischen 30 und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 40 und 250 nm und insbesondere zwischen 50 und 200 nm bewegen, wobei die Bestimmung der Teilchendurchmesser durch dynamische Lichtstreuung (DLS) erfolgt.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 16 , characterized in that their particle diameter (z-average) is in the range between 30 and 500 nm, particularly preferably between 40 and 250 nm and in particular between 50 and 200 nm, the particle diameter being determined by dynamic light scattering (DLS). Lipid-Nanopartikel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen PDITG-Wert der Teilchengrößenverteilung im Bereich zwischen 0,01 und 0,4, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,3 und besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,2 aufweisen, wobei die Bestimmung des Polydispersitätsindex durch dynamische Lichtstreuung (DLS) erfolgt.Lipid nanoparticles according to at least one of the Claims 1 until 17 , characterized in that they have a PDI TG value of the particle size distribution in the range between 0.01 and 0.4, preferably between 0.02 and 0.3 and particularly preferably between 0.05 and 0.2, wherein the polydispersity index is determined by dynamic light scattering (DLS). Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein molares Verhältnis von Stickstoffatomen im kationischen Lipid a) zu Phosphatgruppen in der Nukleinsäure (N/P-Verhältnis) zwischen 1 und 100, vorzugsweise zwischen 1,5 und 50, besonders bevorzugt zwischen 2 und 25, und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 15 aufweisen.Lipid nanoparticles after claim 16 , characterized in that they have a molar ratio of nitrogen atoms in the cationic lipid a) to phosphate groups in the nucleic acid (N/P ratio) between 1 and 100, preferably between 1.5 and 50, particularly preferably between 2 and 25, and most preferably between 3 and 15. Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen mittels DLS bestimmten Durchmesser (z-Average) zwischen 40 und 250 nm, insbesondere zwischen 50 und 200 nm aufweisen, einen Polydispersitätsindex der Teilchendurchmesser zwischen 0,05 und 0,2 und ein N/P-Verhältnis zwischen 3 und 15.Lipid nanoparticles after claim 19 , characterized in that they have a diameter determined by means of DLS (z-average) between 40 and 250 nm, in particular between 50 and 200 nm, a polydispersity index of the particle diameters between 0.05 and 0.2 and an N/P ratio between 3 and 15. Verfahren zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 15 oder 17 bis 18 enthaltend die folgenden Maßnahmen: i) Vorlage von wässrigen Dispersionen der Lipide a), b) und c) gemäß Anspruch 1 in Puffern im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5, ii) Kombination der wässrigen Dispersionen aus Schritt i); und iii) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen aus Schritt ii) mit einem Mischverfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ultraschall, Dualzentrifugation, Nanofällung, Mikrofluidik oder im Vortexmischer, wobei sich die Nanopartikel ausbilden.Process for the preparation of lipid nanoparticles according to one of the Claims 1 , 3 until 15 or 17 until 18 comprising the following measures: i) presentation of aqueous dispersions of lipids a), b) and c) according to claim 1 in buffers in the pH range from 3 to 8, preferably 4 to 7.5, ii) combination of the aqueous dispersions from step i); and iii) treatment of the combined aqueous dispersions from step ii) with a mixing process selected from the group consisting of ultrasound, dual centrifugation, nanoprecipitation, microfluidics or in a vortex mixer, whereby the nanoparticles are formed. Verfahren zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 2, 16 oder 19 bis 20 enthaltend die folgenden Maßnahmen: iv) Vorlage der Lipid-Nanopartikel enthaltenden wässrigen Dispersion aus Schritt iii) des Verfahrens nach Anspruch 21, v) Vorlage einer wässrigen Lösung oder Dispersion eines Wirkstoffs mit anionischen Gruppen in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5 vi) Kombination der wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritten iv) und v), und vii) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritt vi) mit Ultraschall, Mikrofluidik, Dualzentrifugation, Nanofällung oder im Vortexmischer, wobei sich die mit Wirkstoff beladenen Lipid-Nanopartikel ausbilden.Process for the preparation of lipid nanoparticles according to one of the Claims 2 , 16 or 19 until 20 comprising the following measures: iv) introducing the aqueous dispersion containing lipid nanoparticles from step iii) of the process according to claim 21 , v) introducing an aqueous solution or dispersion of an active ingredient with anionic groups into a buffer in the pH range from 3 to 8, preferably 4 to 7.5 vi) combining the aqueous dispersions or solutions from steps iv) and v), and vii) treating the combined aqueous dispersions or solutions from step vi) with ultrasound, microfluidics, dual centrifugation, nanoprecipitation or in a vortex mixer, whereby the lipid nanoparticles loaded with the active ingredient are formed. Verfahren zur Herstellung von Lipid-Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 2, 16 oder 19 bis 20 enthaltend die folgenden Maßnahmen: I) Vorlage von wässrigen Dispersionen der Lipide a), b) und c) nach Anspruch 1 in Puffern im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5, II) Vorlage einer wässrigen Lösung oder Disperision eines Wirkstoffs mit anionischen Gruppen in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5 III) Kombination der wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritten I) und II); und IV) Behandlung der kombinierten wässrigen Dispersionen oder Lösungen aus Schritt III) mit Ultraschall, Mikrofluidik, Dualzentrifugation, Nanofällung oder im Vortexmischer, wobei sich die mit Wirkstoff beladenen Lipid-Nanopartikel ausbilden.Process for the preparation of lipid nanoparticles according to one of the Claims 2 , 16 or 19 until 20 comprising the following measures: I) presentation of aqueous dispersions of lipids a), b) and c) after claim 1 in buffers in the pH range from 3 to 8, preferably 4 to 7.5, II) introducing an aqueous solution or dispersion of an active ingredient with anionic groups in a buffer in the pH range from 3 to 8, preferably 4 to 7.5 III) combining the aqueous dispersions or solutions from steps I) and II); and IV) treating the combined aqueous dispersions or solutions from step III) with ultrasound, Microfluidics, dual centrifugation, nanoprecipitation or in a vortex mixer, whereby the drug-loaded lipid nanoparticles are formed. Verfahren nach Anspruch 22 enthaltend die folgenden Maßnahmen: V) Vorlage der Lipid-Nanopartikel enthaltenden wässrigen Dispersion mit einem pH-Wert zwischen 3 und 8 aus Schritt iii) des Verfahrens gemäß Anspruch 21, VI) Herstellen einer wässrigen Lösung oder Dispersion einer Nukleinsäure in einem Puffer im pH-Bereich von 3 bis 8, bevorzugt 4 bis 7,5, VII) Vermischen beider Dispersionen oder Lösungen aus Schritten V) und VI) in einem ausgewählten Mengenverhältnis von Nukleinsäure und Lipid a), so dass ein gewünschtes molares N/P-Verhältnis von Stickstoffatomen im Lipid a) zu den Phosphatgruppen in der Nukleinsäure erhalten wird, vorzugsweise ein N/P-Verhältnis zwischen 1 und 100, VIII) Bewegen der Mischung aus Schritt VII), und IX) gegebenenfalls nachfolgende Inkubation der erhaltenen Mischung.procedure according to claim 22 comprising the following measures: V) introducing the aqueous dispersion containing lipid nanoparticles with a pH value between 3 and 8 from step iii) of the process according to claim 21 , VI) preparing an aqueous solution or dispersion of a nucleic acid in a buffer in the pH range of 3 to 8, preferably 4 to 7.5, VII) mixing both dispersions or solutions from steps V) and VI) in a selected ratio of nucleic acid and lipid a) so that a desired molar N/P ratio of nitrogen atoms in lipid a) to the phosphate groups in the nucleic acid is obtained, preferably an N/P ratio between 1 and 100, VIII) agitating the mixture from step VII), and IX) optionally subsequent incubation of the resulting mixture. Verfahren zum Gentransfer in Zellen, welches folgende Schritte enthält: A) Inkontaktbringen von Zellen, Geweben oder Zellkulturen mit einer wässrigen Dispersion enthaltend Nukleinsäuren enthaltende Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 16, und B) anschließendes inkubieren.A method for gene transfer into cells, which comprises the following steps: A) contacting cells, tissues or cell cultures with an aqueous dispersion containing lipid nanoparticles containing nucleic acids according to claim 16 , and B) subsequent incubation. Verfahren nach Anspruch 25 welches folgende Schritte enthält: C) Bereitstellen einer Zellkultur in einem Bioreaktor oder Inkubator, D) Zugabe einer wässrigen Dispersion enthaltend Nukleinsäuren enthaltende Lipid-Nanopartikel nach Anspruch 16, E) Verteilen der wässrigen Dispersion in der Zellkultur, und F) anschließendes inkubieren.procedure according to claim 25 which comprises the following steps: C) providing a cell culture in a bioreactor or incubator, D) adding an aqueous dispersion containing lipid nanoparticles containing nucleic acids after claim 16 , E) distributing the aqueous dispersion in the cell culture, and F) subsequent incubation. Verwendung der Nanopartikel nach Anspruch 2, 16 oder 19 bis 20 zum Gentransfer in Zellen.Use of nanoparticles according to claim 2 , 16 or 19 until 20 for gene transfer into cells.
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