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脂質(zhì)體納米粒(LNP)的微流控制備方法及系統(tǒng)組成

閱讀:1778          發(fā)布時間:2024-6-3

脂質(zhì)體納米粒(LNP)的微流控制備方法及系統(tǒng)組成

1.什么是脂質(zhì)體

脂質(zhì)體納米粒(LNP)是一種利用脂質(zhì)形成的納米微粒。它具有類生物膜結(jié)構(gòu),可包封水溶性和脂溶物,具有高度的靶向性、無毒性、無免疫原性,并適于生物體內(nèi)降解。脂質(zhì)體作為藥物載體,能夠有效保護被包裹藥物并實現(xiàn)可控釋緩釋藥物,從而顯著提高藥物治療指數(shù)并降低藥物的不良反應(yīng)。

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發(fā)揮重要作用。目前已研究出膜上載有或不載靶識別分子的靶向脂質(zhì)體,其中包括抗腫瘤藥、抗寄生蟲藥、抗真菌藥、激素、多肽、酶類藥物以及用于疫苗、基因治療和免疫診斷的藥物。已有許多脂質(zhì)體藥物獲批并應(yīng)用于醫(yī)療實踐,其中脂質(zhì)納米粒是最常見的納米制劑之一。

脂質(zhì)納米粒是由多組分脂質(zhì)系統(tǒng)構(gòu)成的,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。在基因治療領(lǐng)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)勢包括以下幾個方面:

縮短混合時間:微流控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高速混合,使得脂質(zhì)體納米粒的制備時間大幅縮短。

提高均一性:微流控技術(shù)能夠精確控制流體的流動,從而提高納米粒的均一性,減少粒徑分布的廣度。

單分散性高(PDI低于0.2):微流控技術(shù)可以產(chǎn)生高度單分散的納米粒,PDI值低于0.2,有利于藥物的傳輸和吸收。

高通量和連續(xù)生產(chǎn):微流控技術(shù)可以實現(xiàn)高通量和連續(xù)生產(chǎn),大大提高了納米粒的制備效率和產(chǎn)量。

納米顆粒生產(chǎn)的集成和自動化:微流控技術(shù)可以實現(xiàn)納米粒的集成和自動化生產(chǎn),減少人為操作的干預(yù),提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

多種粒徑的單分散納米顆粒:通過精確的流速控制,微流控技術(shù)可以實現(xiàn)多種粒徑的單分散納米顆粒的制備,滿足不同應(yīng)用需求。

多次制備的重復(fù)性好:微流控技術(shù)具有很好的重復(fù)性,可以多次制備具有相同特性的脂質(zhì)體納米粒。

合成小體積(μL)和大體積(L)的脂質(zhì)體納米粒:微流控技術(shù)適用于合成小體積和大體積的脂質(zhì)體納米粒,滿足不同規(guī)模生產(chǎn)的需求。

 

3、影響脂質(zhì)體納米粒合成的因素

納米脂質(zhì)體合成受多種因素的影響。大部分納米脂質(zhì)體應(yīng)用于抗癌藥物、mRNA、siRNA等的包封。納米顆粒的大小決定了包封分子的數(shù)量,并且影響了脂質(zhì)體與細胞組織之間的相互作用和釋放動力學(xué)。即使微小的粒徑差異也會導(dǎo)致藥物遞送效率的顯著差異。此外,粒徑大小分布也會影響包封和釋放效率。因此,精確控制納米脂質(zhì)體顆粒的大小和具有較低的粒徑分布非常重要。通過微流控技術(shù)可以精確控制流體大小和兩相比例,從而精確控制粒徑的大小和分布。

合成脂質(zhì)體納米粒的一個關(guān)鍵步驟是實現(xiàn)有機相和水相的快速混合。混合的效率和均勻性越好,獲得的脂質(zhì)體納米粒的大小和分布就越精確。目前常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,另一種是流動聚焦型芯片。這兩種芯片能夠?qū)崿F(xiàn)有機相和水相的控制和快速混合,通過快速稀釋乙醇相可以獲得較小粒徑的LNP。

納米脂質(zhì)體顆粒的大小不僅取決于所使用的芯片類型,還受脂質(zhì)體溶液組成(如脂類類型、分子量大小、濃度等)和水溶液組成(如pH值、鹽濃度、表面活性劑)以及兩相流速比(FRR)和總流速(TFR)的影響。FRR(流速比)指的是水相流速和有機相流速的比值,它是制備LNP的重要參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗,較高的流速比會合成較小的納米脂質(zhì)體,尤其在使用流動聚焦芯片時,流速比的影響更加顯著。然而,在使用魚骨形芯片時,流速比的影響較小。

TFR(總流速)指的是水相和有機相的流速之和。當(dāng)使用流動聚焦芯片時,TFR的影響較小;而當(dāng)使用魚骨形芯片時,增加TFR會降低混合時間,從而使LNP顆粒變小。脂質(zhì)體中脂類的組成和濃度也是決定脂質(zhì)體顆粒大小的重要因素。一般情況下,較高的脂類濃度會合成較小的LNP。其他影響因素還包括pH值、溫度和緩沖液組成等。

 

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)的組成包括流量控制系統(tǒng)和微流控芯片。流量控制系統(tǒng)由2通道的OB1壓力驅(qū)動的流量控制器、2個流量傳感器和2個儲液管組成。同時,還需要配備魚骨形微流控芯片和流動聚焦微流控芯片,并按照以下圖示將其連接起來。

該脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng)的原理如下:連接到壓力源的壓力控制器提供穩(wěn)定的壓力數(shù)值,通過管線為密封的儲液管施加固定的壓力,從而穩(wěn)定地輸出儲液管中的液體。液體經(jīng)過流量傳感器測量流速并反饋給壓力控制器,以實現(xiàn)準(zhǔn)確的流量控制。然后,流體穩(wěn)定而準(zhǔn)確地輸送到微流控芯片中,該芯片的具體參數(shù)可以通過計算機上的軟件進行設(shè)定和控制。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。通過調(diào)節(jié)乙醇相和水相的流速、流速比和總流速,可以獲得固定粒徑大小的納米脂質(zhì)體。

與注射泵相比,該系統(tǒng)中的壓力驅(qū)動控制器具有良好的壓力穩(wěn)定性、高精度流量控制、無脈動、短穩(wěn)定時間和快速響應(yīng)等優(yōu)點,是微流控系統(tǒng)中性能最佳的流量控制器,也是制備納米脂質(zhì)體顆粒的理想泵。

該微流控系統(tǒng)是專為研究者設(shè)計的脂質(zhì)體納米粒合成系統(tǒng),即使是沒有微流控和納米脂質(zhì)體合成經(jīng)驗的研究者也可以輕松合成納米脂質(zhì)體。通過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),并以100ul/min-30ml/min的流速連續(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、固體脂質(zhì)體粒子以及其他類型的納米顆粒。

 

法國Elveflow采用微流控系統(tǒng)進行細胞培養(yǎng)的應(yīng)用案例有:

微流控芯片上的細胞相互作用研究

采用微流控系統(tǒng)進行研究細菌對壓力和環(huán)境變化的適應(yīng)性

采用微流控循環(huán)閥進行細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)基的再循環(huán)

動態(tài)細胞培中細胞培養(yǎng)的循環(huán)

如何在微流控芯片中進行動態(tài)細胞培養(yǎng)的細胞染色

微流控動態(tài)細胞培養(yǎng)中細胞培養(yǎng)基灌注

微流控動態(tài)細胞培養(yǎng)中自動化細胞接種

微流控心肌細胞培養(yǎng)模型

采用微流控細胞培養(yǎng)灌注系統(tǒng)進行快速細胞培養(yǎng)基的切換

用于微流控qPCR的熒光讀取

采用微流控系統(tǒng)進行循環(huán)腫瘤細胞的捕獲

微流控芯片上活細胞檢測

采用微流控壓力泵進行弱蛋白結(jié)合的定量

 

微流細胞培養(yǎng)中采用的法國Elveflow微流控系統(tǒng)OB1 多通道壓力泵的參數(shù):

法國Elveflow微流控系統(tǒng)OB1 微流控壓力和流量控制器可以選擇1-4個通道或者更多通道,每個通道的壓力和真空范圍可選,5個可選的范圍為:0-200mbar, 0-2000mbar, 0-8000mbar, -900-1000mbar, -900mbar-6000mbar. 具有模塊化,可升級的特點,采用Elveflow ESI 軟件進行控制。

法國Elveflow微流控系統(tǒng)OB1 微流控壓力和流量控制器的性能參數(shù):

壓力穩(wěn)定性0.005% FS

相應(yīng)時間9ms

壓力分辨率0.003%FS

穩(wěn)定時間低于35ms

法國Elveflow微流控系統(tǒng)OB1 微流控壓力和流量控制器可用于數(shù)字微流控,流動化學(xué)&聚合物合成,細胞培養(yǎng)中的細胞灌注,細胞培養(yǎng)液的順序注射,單液滴測序,RNA 測序,芯片實驗室,器官芯片等應(yīng)用。


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