脂質(zhì)體納米粒（LNP）的微流控制備方法及系統(tǒng)組成

發(fā)布日期：2022-06-15      瀏覽次數(shù)：8643

 

1.什么是脂質(zhì)體

脂質(zhì)體（Liposome）是一種具有靶向給藥功能的新型藥物制劑，是利用磷脂雙分子膜形成的囊泡包裹藥物分子形成的制劑，兼具親水和疏水特性。脂質(zhì)納米粒（Lipid Nanoparticle，LNP）是使用脂質(zhì)形成納米微粒的一種。脂質(zhì)體是目前藥物輸送系統(tǒng)中研究極為廣泛的納米藥物載體，脂質(zhì)體具有類生物膜結(jié)構，可包封水溶性和脂溶性藥物。。具有選擇性高、無毒性、無免疫原性、適于生物體內(nèi)降解等特點。脂質(zhì)體作為藥物載體，具有高度的靶向性、能有效保護被包裹藥物并可控釋緩釋藥物、顯著提高藥物治療指數(shù)、降低藥物的不良反應。

脂質(zhì)體給藥系統(tǒng)在降低藥物毒性、增加藥物在靶點聚集和提高藥物療效等方面有非常重要的作用。目前研究人員已設計出膜上載有或不載靶識別分子的靶向脂質(zhì)體，包括抗腫瘤藥、抗寄生蟲藥、抗真菌藥、激素、多肽、酶類藥物及用于疫苗、基因治療和免疫診斷的藥物。許多脂質(zhì)體藥物已獲批并應用于醫(yī)療實踐，已經(jīng)上市的納米藥物已經(jīng)有50種，包括多種納米制劑，脂質(zhì)納米粒是其中最多的。脂質(zhì)納米粒是多組分脂質(zhì)系統(tǒng)，通常包含磷脂、可電離脂質(zhì)、膽固醇和聚乙二醇化脂質(zhì)。脂質(zhì)納米粒能夠?qū)⒅委熕幬锓庋b并遞送到體內(nèi)特定位置并在特定時間釋放其內(nèi)容物，因此為各種藥物提供了寶貴的特異性遞送渠道。通常使用脂質(zhì)納米粒直接包裹化學藥物，但在基因治療領域，使用脂質(zhì)納米粒包裹核酸，如mRNA、siRNA、pDNA等，稱為核酸脂質(zhì)納米粒。



2. 采用微流控制備脂質(zhì)體納米粒的優(yōu)勢

脂質(zhì)體納米粒LNP的傳統(tǒng)制備方法包括沉淀法，乳化法，溶劑蒸發(fā)及超聲波處理等方法，但是傳統(tǒng)制備方法存在粒徑分布廣和批間重復性差的問題，對藥物開發(fā)的臨床試驗和生產(chǎn)具有很大影響。而微流控技術是作為制備納米脂質(zhì)體的因為就具有以下優(yōu)勢而引起人們的極大關注

采用微流控制備脂質(zhì)體納米粒的優(yōu)勢包括：

Ø  縮短混合時間

Ø  提高均一性

Ø  單分散性高（PDI低于0.2）

Ø  高通量和連續(xù)生產(chǎn)

Ø  納米顆粒生產(chǎn)的集成和自動化

Ø  通過精確的流速控制，可實現(xiàn)多種粒徑的單分散納米顆粒

Ø  多次制備的重復性好

Ø  使用同一套流量控制系統(tǒng)合成小體積（μL）和大體積（L）的脂質(zhì)體納米粒

3、影響脂質(zhì)體納米粒合成的因素

大部分納米脂質(zhì)體應用都用于抗癌藥物，mRNA，siRNA等包封。納米顆粒的大小決定包封分子數(shù)量，并影響LNP 與細胞組織的相互作用及釋放動力學，粒徑的微小差異都可以引起藥物遞送效率的極大不同。此外，粒徑大小分布也會引起包封和釋放效率的不同，因此精確控制納米脂質(zhì)體顆粒的大小和具有低的粒徑分布是及其重要，微流控技術可以精確控制流體的大小和兩相的比例，從而精確控制粒徑的大小和分布。

合成脂質(zhì)體納米粒非常重要部分是實現(xiàn)有機相和水相的快速混合，混合的效率和均一性越好，獲得脂質(zhì)體納米粒的大小和分布越精確。

目前常采用兩種類型的微流控芯片進行納米脂質(zhì)體的合成，一種是魚骨形芯片，一種是流動聚焦型芯片，這兩種芯片可以實現(xiàn)有機相和水相的控制和快速混合，乙醇相的快速稀釋可獲得小粒徑的LNP。



納米脂質(zhì)體顆粒的大小不僅取決于所用芯片，而且受脂質(zhì)體溶液組成（類型，分子量大小，濃度等）和水溶液組成（pH，鹽濃度，表面活性劑）以及兩相流速比（FRR）及總流速（TFR）的影響。

FRR( flow rate ratio)是指水相流速和有機相流速的比，是制備LNP 重要的參數(shù)，依據(jù)經(jīng)驗較高的流速比會合成較小的納米脂質(zhì)體，尤其采用流動聚焦芯片時，FRR影響更大，而使用人字形芯片是，FRR 影響較小。



TFR（total flow rate）是指水相和有機相和流速之合，當使用流動聚焦芯片是，TFR 影響較小，而使用魚骨形芯片時，提高TFR會降低混合時間，從而使得LNP顆粒變小。

有機相中脂類的組成及脂類的濃度也是覺得脂質(zhì)體顆粒大小的重要因素，一般情況下，高的脂類濃度會合成較小的LNP。其他影響因素還包括pH值，溫度，緩沖液組成等。

4、脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng)組成

脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng)需要流量控制系統(tǒng)和微流控芯片，具體包括2通道的OB1 壓力驅(qū)動的流量控制器，2個流量傳感器，2個儲液管以及微流控芯片。采用魚骨形微流控芯片和流動聚焦微流控芯片的具體連接如下圖：

 





此脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng)的原理是，連接至壓力源的壓力控制器提供一個穩(wěn)定的壓力數(shù)值，通過管線為密封儲液管施加固定的壓力，從而將儲液管中的液體穩(wěn)定的輸出，并經(jīng)過流量傳感器，流量傳感器測定流量并反饋給壓力控制器，從而達到精確流量控制的目的，隨后流體被穩(wěn)定、精確的輸送到微流控芯片中，具體參數(shù)可通過電腦上的軟件進行控制設定。2通道的壓力控制器分別控制含脂質(zhì)的乙醇相和水相溶液，兩相溶液可以分別調(diào)節(jié)流速，經(jīng)過流量傳感器和阻尼器后在微流控芯片中混合，從而合成納米脂質(zhì)體，具體可以通過調(diào)節(jié)乙醇相及水相的流速，流速比及總流速，獲得固定粒徑大小的納米脂質(zhì)體

與注射泵相比，此系統(tǒng)中的壓力驅(qū)動控制器具有壓力穩(wěn)定性好，流量精確度高，無脈動，穩(wěn)定時間短，相應速度快等優(yōu)點，是微流控系統(tǒng)中性能*佳的流量控制器，是制備納米脂質(zhì)體顆粒的理想泵。



此微流控系統(tǒng)是專為研究者設計的脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng)，即便沒有微流控和納米脂質(zhì)體合成經(jīng)驗的研究者可以輕松合成納米脂質(zhì)體。依據(jù)簡單直觀的操作指南可以精確控制納米脂質(zhì)體合成的參數(shù)，以100ul/min-30ml/min流速連續(xù)合成脂質(zhì)體，可獲得60-250nm高分散性的納米顆粒。此系統(tǒng)可以根據(jù)客戶需求合成脂質(zhì)體和固體脂質(zhì)體粒以及其他類型的納米顆粒。