Characterization of lipid nanoparticles for mRNA delivery by capillary electrophoresis and Taylor dispersion analysis

Scientific Context: Lipid nanoparticles (LNPs) loaded with mRNA are at the basis of a revolution in the vaccine industry, accelerated by the COVID19 pandemic. For their pharmaceutical development, it is essential to characterize their Critical Quality Attributes (CQA) such as size and charge, and to study the interactions between LNPs and serum proteins. Indeed, these proteins form a corona around the LNP, which is still poorly understood and described. It has been suggested that the composition of the LNP surface modulates the ability to bind serum proteins, thereby modifying RNA delivery efficiency [1]. Capillary Electrophoretic (CE) and Taylor dispersion analysis (TDA) (click the link for more details) methods are miniaturized and innovative separative methods which are well positioned to meet these analytical challenges [2-3] (click on the link for more details).

Objectives and methodologies: The scientific objectives of this thesis are to develop CE and TDA analytical methodologies for characterizing LNPs and study their interactions with serum proteins, according to the following lines:
1. Size characterization of LNP protein corona by TDA
2. Determination of the charge and isoelectric point of the LNP protein corona by CE
3. Study of LNP-protein interactions by frontal CE analysis
4. Limiting LNP adsorption to capillary surfaces using TDA

[1] M. Yanez Arteta, et al. PNAS, 2018, 115, 15, E3351-E3360.
[2] C. Malburet et al., Anal. Chem., 2022, 94, 11, 4677-4685.
[3] C. Malburet et al., Gene Ther., 2023, 30, 421–428.

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Contexte Scientifique : Les nanoparticules lipidiques (LNP) chargées en ARNm ont entraîné une révolution dans l'industrie des vaccins, accélérée par la pandémie de COVID19. Pour leur développement pharmaceutique, il est indispensable de bien caractériser leurs principaux attributs (« Critical Quality Attributes », CQA) tels que la taille et la charge, et d’étudier les interactions entre LNP et protéines sériques. En effet, ces protéines forment une couronne autour du LNP (appelée corona), qui est encore mal connue et peu décrite. Il a été suggéré que la composition de la surface des LNP modulait la capacité à lier les protéines sériques et modifiait ainsi l’efficacité de délivrance de l’ARN [1]. Les méthodes électrophorétiques capillaires (CE) et l’analyse de la dispersion de  Taylor (TDA) (cliquez ici pour plus d’infos sur la TDA) sont des méthodes séparatives miniaturisées et innovantes bien positionnées pour relever ces défis analytiques [2-3] (cliquez ici pour plus d’infos sur les applications LNP).

Objectifs & Méthodologies : Les objectifs scientifiques de cette thèse sont de développer des méthodologies analytiques en CE et en TDA pour la caractérisation des LNP et de leurs interactions avec les protéines sériques, selon les axes suivants:
1. Caractérisation en taille de la couronne protéique des LNP par TDA
2. Détermination de la charge et du point isoélectrique de la couronne protéique des LNP par CE
3. Etude des interactions LNP-protéines par analyse frontale en CE
4. Limitation des phénomènes d’adsorption des LNP à la surface des capillaires en TDA

[1] M. Yanez Arteta, et al. PNAS, 2018, 115, 15, E3351-E3360.
[2] C. Malburet et al., Anal. Chem., 2022, 94, 11, 4677-4685.
[3] C. Malburet et al., Gene Ther., 2023, 30, 421–428.

The thesis project will be carried out in the new Pôle Chimie Balard building on the CNRS Campus at the Max Mousseron Biomolecules Institute in Montpellier (IBMM, France). The successful candidate will benefit from a top-quality scientific environment to carry out his thesis project.
The PhD student will be supervised by Hervé Cottet & Laurent Leclercq from the Dynamics of Complex Biomolecular Systems team. Jean-Christophe Rossi will supervise complementary HPLC characterizations.

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Le projet de thèse sera réalisé dans le nouveau bâtiment du Pôle Chimie Balard situé sur le Campus du CNRS, dans l’équipe Dynamique des Système Biomoléculaires Complexes au sein de l'Institut des Biomolécules Max Mousseron à Montpellier (France). Le candidat retenu bénéficiera d’un environnement scientifique de grande qualité pour mener à bien son projet de thèse. Le doctorant sera encadré par Hervé Cottet et Laurent Leclercq de l'équipe Dynamique des Systèmes Biomoléculaires Complexes. Jean-Christophe Rossi encadrera les caractérisations complémentaires en HPLC.

The candidate must hold a Master's degree (or equivalent) in analytical chemistry or physical chemistry. He or she is motivated by analytical chemistry and interested in interdisciplinary work (development of analytical methods, physical chemistry in solution, proteins, liposomes, pharmaceutical applications). He or she is independent, curious and open-minded. Knowledge of French is a plus, but not a requirement. An advanced level of English is required.

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Le candidat doit être titulaire d'un master ou d’un diplôme d’ingénieur en chimie analytique ou physico-chimie. Il est motivé par la chimie analytique et s'intéresse aux travaux interdisciplinaires (développement de méthodes analytiques, physicochimie en solution, protéines, liposomes, applications pharmaceutiques). Il est autonome, curieux et ouvert d’esprit. La connaissance de la langue française est un plus mais n'est pas obligatoire. Un niveau d'anglais avancé est requis.