基于微流控技术的纳米颗粒给药研究进展

发表时间：2022-04-30 11:47

在过去的几十年里，纳米颗粒在给药方面的应用引起了人们极大的关注。研究人员开发了各种纳米颗粒给药来解决游离药物在实际应用中遇到的各种问题，例如药物溶解性差、生物利用度差、药物性质不稳定、严重的不良反应和缺乏靶向性等。

相比于传统的大体积生产方式，微流控技术有着很多优点，例如它能够处理皮升（或更小）体积的样品、有着更低的生产成本和更短的生产时间，以及通过快速混合、快速传质、精确控制反应条件和试剂的添加去实现对纳米颗粒性质（如大小、形状、表面性质、结构等）的精确控制，为制备用于给药的纳米颗粒提供了一种很有前途的策略。

更重要的是，纳米颗粒可以在微流控混合器中实现连续生产，同时微流控混合器能够为纳米颗粒的合成提供稳定且可控的反应环境，有利于持续合成尺寸、形状、表面物化性质一致的纳米颗粒。此外，高通量微流控混合器可通过多通道并行放大来实现，有利于其在实际应用中对载药纳米颗粒的大规模工业化生产。

据麦姆斯咨询报道，澳大利亚阿德莱德大学赵春霞教授以及团队成员刘云和杨光泽博士等介绍和总结了近年来微流控技术在纳米给药领域的研究进展及其最近在疫苗领域的成功应用。论文以综述形式发表在期刊《Nano Micro Small》。

首先，该综述重点介绍了三种类型的纳米颗粒，包括经典的有机纳米颗粒、无机纳米颗粒和复合纳米颗粒，以及它们的微流控合成方法。具体地，作者从微流控技术在有机纳米颗粒合成方面的应用入手，并重点讨论了几种典型微流控混合器（例如基于流体动力流动聚焦的微混合器、交错人字型微混合器和声流体微混合器等）及其在制备脂质体、脂质纳米颗粒和聚合物纳米颗粒方面的应用，以及它们的合成机理。然后，又详细讨论了几种具有代表性的无机纳米颗粒（如二氧化硅、金属、金属氧化物和量子点）以及复合纳米颗粒的微流控合成方法。最后，总结了微流控技术制备的纳米颗粒在各种给药中的应用，并展望了微流控的未来改进方向，如提高合成颗粒浓度、一体化集成纯化分析等功能芯片、加强对无机颗粒合成的控制、结合机器学习等。

微流控纳米颗粒给药研究方向和进展

在总结微流控技术制备的纳米颗粒在各种给药中的应用时，重点介绍了辉瑞公司实现新型冠状病毒mRNA疫苗大规模生产这一成功应用案例。具体来看，辉瑞公司生产的mRNA疫苗是内部载有mRNA的脂质纳米粒（NPs）。此纳米粒不仅充当mRNA分子的给药载体，还充当保护mRNA免于降解的纳米载体。为了获得这些载有mRNA的脂质纳米粒，将脂质溶液和mRNA溶液分别从不同通道泵送，并将二者用约25美分硬币大小的冲击喷射混合器（IJM），在400磅的压力下进行混合。为了满足大规模生产的需求，辉瑞公司将100个静态混合器并行化（或编号），并在卡拉马祖（美国）进行连续合成，成功将其疫苗生产力提高到每月1亿剂。为了使该过程自动化，辉瑞公司还建立了一个计算机系统来运行整个系统，以确保流速和压力的精确控制。尽管冲击喷射混合器体积很小，但它能够在原始设计的基础上非常迅速地扩大规模，这是生产的关键，尤其是对应用于像COVID-19疫情这样的药物来说更是如此。