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《納米研究》倒置顯微鏡MI52-N助力中科大研究團隊開發(fā)核酸藥物脂質(zhì)納米顆粒

2024-11-30
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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團隊開發(fā)出了一種新型的核酸藥物脂質(zhì)納米顆粒，這種顆粒可以在倒置顯微鏡MI52-N下觀察到，為核酸藥物的研究和應(yīng)用提供了新的思路和方法。

核酸藥物作為一種全新的生物治療手段備受關(guān)注。其中，脂質(zhì)納米粒（LNPs）作為核酸藥物的傳遞系統(tǒng)，因其高效性備受矚目。然而，LNPs在臨床應(yīng)用上面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)：如何實現(xiàn)從早期開發(fā)到臨床應(yīng)用的穩(wěn)健的制備規(guī)模放大。

目前，可規(guī)模放大的合成LNPs方法主要分為并行化策略和通道尺寸擴大策略。然而，并行化策略需要依賴復(fù)雜的系統(tǒng)搭建，并且在大規(guī)模生產(chǎn)時難以保持LNPs穩(wěn)定性；而通道尺寸擴大策略盡管能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的大規(guī)模生產(chǎn)，但很難在不同流速下保持一致的粒徑和尺寸分布。因此，我們迫切需要一種創(chuàng)新性的方法，既能保證可擴展合成，又能保持LNPs的一致性和穩(wěn)定性。

為此，中科大工程學(xué)院褚家如教授團隊的李保慶副教授與生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部田長麟教授團隊經(jīng)過深入研究，提出了一種“等比例縮放通道尺寸”的可擴展化脂質(zhì)納米粒子合成策略。該策略通過在三個維度上等比例縮放慣性微流體混合器，實現(xiàn)了LNPs的可擴展合成。同時，我們基于流體力學(xué)的相似性理論并利用無量綱分析開發(fā)了一種理論預(yù)測方法，通過控制混合時間在不同芯片上保持一致，確保合成的LNPs具有一致的粒徑和尺寸分布。這一創(chuàng)新性方法為LNPs的大規(guī)模生產(chǎn)提供了實際可行的途徑，加速了核酸藥物研發(fā)向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果發(fā)表在Nano Research上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生馬澤森和童海洋為該論文共同第一作者。

以下結(jié)果圖片均截取自文中（使用廣州明美的倒置顯微鏡MI52-N拍攝）

圖1 使用慣性混合器表征混合特性和微調(diào)脂質(zhì)納米粒子的大小。(a) 不同流速比下混合時間與總流速的函數(shù)關(guān)系。實線表示完全混合，虛線表示不完全混合。在本實驗中，混合器的通道尺寸為 250 μm，混合時間是通過明美倒置顯微鏡拍攝后進行計算。(b) 不同混合時間下 C12-200 LNPs 和中性 LNPs 的平均粒徑，使用 250 μm 的混合器，F(xiàn)RR 為 5:1結(jié)果為三個獨立批次的平均值 ± SD。

圖2 慣性流混合器中流動狀態(tài)和混合特性的演變。(a) 前三個混合元件中流體在層流（Re= 25和 132）和湍流（Re= 396）時的流動俯視圖，使用明美倒置顯微鏡拍攝。(b) 不同流動距離下混合物流的混合指數(shù)。不同流動距離下的混合指數(shù)，F(xiàn)RR 為 5:1?；旌现笖?shù)用于評估混合過程，0.95 的值被設(shè)定為可接受的完全混合下限。(c) 不同流速比下混合時間與雷諾數(shù)的函數(shù)關(guān)系。實線表示完全混合，虛線表示不完全混合。所用混合器的通道尺寸為 250 微米。

圖3通道尺寸為100、250和500μm的混合器的前兩個混合元件的流態(tài)俯視圖。流動狀態(tài)包括層流（Re=25和132）、瞬態(tài)流（Re=264）和湍流（Re=396）。圖像經(jīng)過數(shù)字處理以增強對比度。將溶解有黑色染料（0.025g/mL）作為示蹤劑的去離子水和乙醇以3:1的FRR泵入混合器中。流動方向是從左到右。

圖4 脂質(zhì)納米粒子合成平臺。利用顯微鏡拍攝微通道內(nèi)的混合情況。

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