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        脂質(zhì)體納米粒(LNP)的微流控制備方法及系統組成
        更新時(shí)間:2024-06-03   點(diǎn)擊次數:441次

        脂質(zhì)體納米粒(LNP)的微流控制備方法及系統組成

        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(lèi)生物膜結構,可包封水溶性和脂溶物,具有高度的靶向性、無(wú)毒性、無(wú)免疫原性,并適于生物體內降解。脂質(zhì)體作為藥物載體,能夠有效保護被包裹藥物并實(shí)現可控釋緩釋藥物,從而顯著(zhù)提高藥物治療指數并降低藥物的不良反應。

        脂質(zhì)體給藥系統在降低藥物毒性、增加藥物在靶點(diǎn)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(chóng)藥、抗真菌藥、激素、多肽、酶類(lèi)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)體藥物獲批并應用于醫療實(shí)踐,其中脂質(zhì)納米粒是最常見(jiàn)的納米制劑之一。

        脂質(zhì)納米粒是由多組分脂質(zhì)系統構成的,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)納米粒能夠將治療藥物封裝并遞送到體內特定位置,并在特定時(shí)間釋放其內容物,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(chēng)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(gè)方面:

        縮短混合時(shí)間:微流控技術(shù)能夠實(shí)現高速混合,使得脂質(zhì)體納米粒的制備時(shí)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(dòng),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。

        高通量和連續生產(chǎn):微流控技術(shù)可以實(shí)現高通量和連續生產(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(dòng)化:微流控技術(shù)可以實(shí)現納米粒的集成和自動(dòng)化生產(chǎn),減少人為操作的干預,提高生產(chǎn)的穩定性和可重復性。

        多種粒徑的單分散納米顆粒:通過(guò)精確的流速控制,微流控技術(shù)可以實(shí)現多種粒徑的單分散納米顆粒的制備,滿(mǎn)足不同應用需求。

        多次制備的重復性好:微流控技術(shù)具有很好的重復性,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(mǎn)足不同規模生產(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(dòng)力學(xué)。即使微小的粒徑差異也會(huì )導致藥物遞送效率的顯著(zhù)差異。此外,粒徑大小分布也會(huì )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(guò)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(gè)關(guān)鍵步驟是實(shí)現有機相和水相的快速混合?;旌系男屎途鶆蛐栽胶?,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(lèi)型的微流控芯片進(jìn)行納米脂質(zhì)體的合成,一種是魚(yú)骨形芯片,另一種是流動(dòng)聚焦型芯片。這兩種芯片能夠實(shí)現有機相和水相的控制和快速混合,通過(guò)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(lèi)型,還受脂質(zhì)體溶液組成(如脂類(lèi)類(lèi)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。根據經(jīng)驗,較高的流速比會(huì )合成較小的納米脂質(zhì)體,尤其在使用流動(dòng)聚焦芯片時(shí),流速比的影響更加顯著(zhù)。然而,在使用魚(yú)骨形芯片時(shí),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。當使用流動(dòng)聚焦芯片時(shí),TFR的影響較??;而當使用魚(yú)骨形芯片時(shí),增加TFR會(huì )降低混合時(shí)間,從而使LNP顆粒變小。脂質(zhì)體中脂類(lèi)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(lèi)濃度會(huì )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)體納米粒合成系統組成

        脂質(zhì)體納米粒合成系統的組成包括流量控制系統和微流控芯片。流量控制系統由2通道的OB1壓力驅動(dòng)的流量控制器、2個(gè)流量傳感器和2個(gè)儲液管組成。同時(shí),還需要配備魚(yú)骨形微流控芯片和流動(dòng)聚焦微流控芯片,并按照以下圖示將其連接起來(lái)。

        該脂質(zhì)體納米粒合成系統的原理如下:連接到壓力源的壓力控制器提供穩定的壓力數值,通過(guò)管線(xiàn)為密封的儲液管施加固定的壓力,從而穩定地輸出儲液管中的液體。液體經(jīng)過(guò)流量傳感器測量流速并反饋給壓力控制器,以實(shí)現準確的流量控制。然后,流體穩定而準確地輸送到微流控芯片中,該芯片的具體參數可以通過(guò)計算機上的軟件進(jìn)行設定和控制。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節流速。經(jīng)過(guò)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(guò)調節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,該系統中的壓力驅動(dòng)控制器具有良好的壓力穩定性、高精度流量控制、無(wú)脈動(dòng)、短穩定時(shí)間和快速響應等優(yōu)點(diǎn),是微流控系統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。

        該微流控系統是專(zhuān)為研究者設計的脂質(zhì)體納米粒合成系統,即使是沒(méi)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(guò)簡(jiǎn)單直觀(guān)的操作指南,可以精確控制納米脂質(zhì)體合成的參數,并以100ul/min-30ml/min的流速連續合成脂質(zhì)體,可獲得60-250nm高分散性的納米顆粒。此系統可以根據客戶(hù)需求合成脂質(zhì)體、固體脂質(zhì)體粒子以及其他類(lèi)型的納米顆粒。

         

        法國Elveflow采用微流控系統進(jìn)行細胞培養的應用案例有:

        微流控芯片上的細胞相互作用研究

        采用微流控系統進(jìn)行研究細菌對壓力和環(huán)境變化的適應性

        采用微流控循環(huán)閥進(jìn)行細胞培養的培養基的再循環(huán)

        動(dòng)態(tài)細胞培中細胞培養的循環(huán)

        如何在微流控芯片中進(jìn)行動(dòng)態(tài)細胞培養的細胞染色

        微流控動(dòng)態(tài)細胞培養中細胞培養基灌注

        微流控動(dòng)態(tài)細胞培養中自動(dòng)化細胞接種

        微流控心肌細胞培養模型

        采用微流控細胞培養灌注系統進(jìn)行快速細胞培養基的切換

        用于微流控qPCR的熒光讀取

        采用微流控系統進(jìn)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(jìn)行弱蛋白結合的定量

         

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

        法國Elveflow微流控系統OB1 微流控壓力和流量控制器可以選擇1-4個(gè)通道或者更多通道,每個(gè)通道的壓力和真空范圍可選,5個(gè)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(diǎn),采用Elveflow ESI 軟件進(jìn)行控制。

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

        壓力穩定性0.005% FS

        相應時(shí)間9ms

        壓力分辨率0.003%FS

        穩定時(shí)間低于35ms

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


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