Abstract Gene therapy is a promising approach with delivery of messenger RNA, small interference RNA, and plasmid DNA to elicit a therapeutic action in vitro using cationic or ionizable lipid nanoparticles. In the present study, a novel extrusion based Sprayed Multi-Adsorbed droplet Reposing Technology (SMART) developed in-house was employed for preparation, characterization, and transfection abilities of the green fluorescence protein (GFP) plasmid DNA in cancer cells in vitro . The lipid composition (ionizable) and plasmid DNA (pDNA, GFP) were mixed in a 1:1 ratio using SMART technology at 1, 5, 8 & 10 N/P ratios. The particles were characterized to determine particle size (DLS), zeta potential and morphology using scanning electron microscopy (SEM). The particle size yielded for all N/P ratios is in the range of 100 nm to 200 nm. The in vitro transfection was carried out in MG63 cells showed optimal formulation N/P 8 with expression of GFP protein. The toxicity study through MTT assay showed N/P 8 with toxicity lower than other groups. The results showed that the processes developed using SMART technology are consistent and can be utilized for commercial applications.

Abstract The messenger ribose nucleic acid (mRNA) in lieu of Corona virus of 2019 (COVID-19) vaccines were effectively delivered through Lipid nanoparticles (LNP) which were proved effective carriers for clinical applications. In the present work, mRNA (erythropoietin (EPO)) encapsulated LNPs were prepared using a next generation state-of-the-art patented Sprayed Multi Absorbed-droplet Reposing Technology (SMART) coupled with Multi-channeled and Guided Inner-Controlling printheads (MaGIC) technologies. The LNP-mRNA were synthesized at different N/P ratios and the particles were characterized for particle size & zeta potential (Zetasizer), encapsulation or complexation (gel retardation assay) and transfection (Fluorescence microscopy) in MG63 sarcoma cells in vitro . The results showed a narrow distribution of mRNA-lipid particles of 200 nm when fabricated with SMART alone and then the size was reduced to approximately 50 nm with the combination of SMART-MaGIC technologies. The gel retardation assay showed that the N/P>1 showed strong encapsulation of mRNA with lipid. The in vitro results showed the toxicity profile of the lipids where N/P ratio of 5 is the optimized with >50% cell viability. The functional LNP-mRNA were prepared and analyzed with SMART-MaGIC technologies which could be a potential new fabrication method of mRNA loaded LNPs. Highlights The particle size was reduced to around 50 nm with implementation of SMART-MaGIC. The loading efficiency is 100%. The functionality of the mRNA is unaffected during the preparation process. The transfection facilitated transient expression of the protein in vitro . The EPO mRNA is more effective than EPO protein to reduce chemo-toxic effects in vitro .