使用優(yōu)納可EvoFluid 儀器調(diào)整PLGA粒徑大小

瀏覽次數(shù)：1180　發(fā)布日期：2021-12-17　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

背景：
越來(lái)越多納米顆粒藥物相關(guān)研究提供的新證據(jù)表明，載藥納米顆粒 (NP) 的粒徑大小在藥效和最終臨床成功中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，能夠在生產(chǎn)過(guò)程中精確控制納米顆粒粒徑大小的制備工藝很重要。目前的納米顆粒藥物生產(chǎn)方法可以實(shí)現(xiàn)一系列納米顆粒粒徑大小，但缺乏在保持藥物高包封率和低多分散性的同時(shí)控制納米顆粒粒徑具體大小的能力。我們提出了一種使用優(yōu)納可EvoFluid 儀器生產(chǎn)納米顆粒的新型解決方案，該儀器通過(guò)由計(jì)算機(jī)控制的壓力泵驅(qū)動(dòng)微流控芯片混合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶劑/反溶劑納米沉淀工藝的高度控制，因而能夠合理優(yōu)化納米顆粒的特性。

本文使用具有代表性的聚乳酸-羥基乙酸共聚物 (PLGA) 納米顆粒體系，系統(tǒng)地研究了用于在優(yōu)納可EvoFluid 上調(diào)整納米顆粒粒徑大小的儀器和制劑參數(shù)。提高通過(guò)微流控混合器的試劑流速導(dǎo)致顆粒變小，而提高水相與溶劑相的混合比例讓粒徑增大。此外，提高溶劑相中的聚合物濃度會(huì)導(dǎo)致粒徑增大。通過(guò)對(duì) 4 項(xiàng)參數(shù)的考察，粒徑調(diào)整為 70 到 200 nm 之間，PDI 低于 0.2。

儀器參數(shù)：
總流速 (TFR)：1 - 40 mL/min
流速比 (FRR)：1:1 - 10:1(水相比溶劑相)

制劑參數(shù)：
聚合物 (PLGA) 濃度：5 - 40 mg/mL
穩(wěn)定劑 (PVA) 濃度：0.5 - 4.0 % w/v

PLGA 納米顆粒在優(yōu)納可EvoFluid 儀器上通過(guò)微流控混合制備，如圖所示。該方法可以實(shí)現(xiàn) PLGA(溶劑相)與聚乙烯醇(PVA，水相)穩(wěn)定劑快速且均一的混合，由此推動(dòng) PLGA 納米顆粒的可控沉淀。

分析：
粒徑在納米顆粒治療劑的生物分布、組織滲透、藥物釋放和藥效中發(fā)揮著重要作用，因此保持對(duì)納米顆粒粒徑大小的控制在制備過(guò)程中至關(guān)重要。與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)納可EvoFluid 平臺(tái)采用的微流控混合技術(shù)可在制備過(guò)程中精準(zhǔn)控制納米顆粒粒徑大小。這可以通過(guò)調(diào)節(jié)儀器參數(shù)(包括總流量 (TFR) 或流速比 (FRR) )和制劑參數(shù)(如濃度)來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們知道了這些參數(shù)如何調(diào)節(jié) PLGA 納米顆粒粒徑大小，PLGA 被選作具有代表性的生物可降解多聚物，目前被 FDA 批準(zhǔn)用于藥物輸送應(yīng)用領(lǐng)域。

以 mL/min 為單位的 TFR 是兩種流體泵入微流控設(shè)備兩個(gè)入口的速度總和。隨著 TFR 增加，混合速度會(huì)加快，從而使PLGA納米顆粒粒徑縮小。隨著混合速度變得遠(yuǎn)快于PLGA的沉淀速度，納米顆粒粒徑大小隨 TFR 增加而接近一條漸近線。該漸近線被認(rèn)為是“極限粒徑”，這是給定系統(tǒng)中熱力學(xué)穩(wěn)定的最小納米顆粒粒徑。具體而言，對(duì)于 5 mg/mL PLGA，該特定系統(tǒng)在這些條件下的極限粒徑為約 70 nm。

在任何特定時(shí)刻進(jìn)行混合的水相與溶劑相的相對(duì)量由 FRR 決定。隨著溶劑相與反溶劑相快速混合，極性突然發(fā)生改變，導(dǎo)致分子在新的溶劑環(huán)境下出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)飽和。這促使溶解的分子沉淀為納米顆粒。此時(shí)，F(xiàn)RR 較高則獲得的 PLGA 顆粒較大，這與在磷脂等兩親性分子上觀察到的趨勢(shì)形成了對(duì)比(數(shù)據(jù)未顯示)。不同的趨勢(shì)可以通過(guò)這些材料的顆粒組裝動(dòng)力學(xué)來(lái)理解。對(duì)于自穩(wěn)定的兩親性分子，溶劑極性的較大改變促使顆粒成核，而分子的親水部能讓顆粒快速穩(wěn)定。對(duì)于疏水性 PLGA，極性的快速增加導(dǎo)致 PLGA 核心快速沉淀，但表面鈍化受到了 PVA 冠組裝動(dòng)力學(xué)的限制。對(duì)于 PVA，隨著水相與有機(jī)相之比增加，PVA 在混合時(shí)經(jīng)歷的極性降低幅度減小。這降低了 PVA 在新生 PLGA 顆粒表面進(jìn)行組裝的驅(qū)動(dòng)力。這樣的鈍化延遲有利于生長(zhǎng)出較大的 PLGA 內(nèi)核。

另外， PLGA 和 PVA(穩(wěn)定劑濃度)的影響。增加 PLGA 的濃度導(dǎo)致納米顆粒粒徑增大，這與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果類似。濃聚合物溶液更加黏稠，所以認(rèn)為這種黏度變化可能會(huì)降低溶劑相向水相中擴(kuò)散的速度，從而導(dǎo)致形成較大的納米顆粒。PVA 的作用是通過(guò)降低 PLGA 聚合物與水相之間的界面張力來(lái)穩(wěn)定顆粒。因此，改變穩(wěn)定劑的濃度可能會(huì)影響 PLGA 納米顆粒的粒徑和 PDI。這些結(jié)果與歸因于界面張力隨濃度增加而降低的文獻(xiàn)報(bào)道相似。在 4% w/v 的 PVA 濃度下未報(bào)道粒徑進(jìn)一步縮小，可能是因?yàn)?2% w/v 的濃度足以有效穩(wěn)定這些納米顆粒。

重要的是，要注意精確控制的可重復(fù)工藝對(duì)于消除制劑參數(shù)對(duì)顆粒粒徑大小的影響必不可少。如果沒(méi)有這種控制，不同批次之間的差異可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差，從而可能讓人無(wú)法清楚地分辨制劑變化造成的影響。特別是，5-15 mg/mL 的 PLGA 濃度對(duì)顆粒粒徑大小的影響很微妙。優(yōu)納可EvoFluid 平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)不同批次間的可重復(fù)性，使得實(shí)驗(yàn)誤差幾乎可以忽略不計(jì)，從而降低了這些實(shí)驗(yàn)觀察的本底干擾，讓粒徑變化既能被檢測(cè)到，又能歸因于制劑變化。

材料和方法：
材料：
端酯基 PLGA(丙交酯與乙交酯比例 50:50，分子量 45,000 - 55,000)出自 Akina, Inc (West Lafayette, IN)。聚(乙烯醇)(PVA)(分子量約 31,000，87-89 mol% 水解)購(gòu)自 Sigma-Aldrich (St Louis, MO)。所有其他材料均為試劑級(jí)

微流控制備 PLGA 納米顆粒：
使用優(yōu)納可EvoFluid，通過(guò)將適當(dāng)體積的 PLGA 乙腈溶液與含 PVA 水溶液混合，來(lái)制備 PLGA 納米顆粒。簡(jiǎn)而言之，將 PLGA 以 5 - 40 mg/mL 的濃度溶解于乙腈中，并將 PVA 以 0.5 - 4 % w/v 的濃度溶解于去離子水中。合成 PLGA 納米顆粒，通過(guò)微流控芯片的一個(gè)入口注入 PLGA 乙腈溶液，并通過(guò)微流控芯片的另一個(gè)入口注入 PVA 溶液。納米顆粒制劑在分別為 2-12 mL/min 和 1:1 – 9:1 的多種不同 TFR 和水相與溶劑相 FRR 下制備。丟棄分別為 0.25 mL 的初始廢棄體積，將 PLGA 納米顆粒收集在樣品收集管中。然后，使用透析袋 (MWCO - 10,000) 將收集的樣品在 1L 去離子水中透析 12 小時(shí)，前 4 小時(shí)內(nèi)更換透析介質(zhì)兩次。

PLGA 納米顆粒表征：
采用優(yōu)納可EvoFluid 制備的 PLGA 納米顆粒用 Malvern Zetasizer 3000 (Malvern, UK) 通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射來(lái)表征其尺寸(平均粒徑)和多分散系數(shù) (PDI)，方法為用 300 μL 去離子水稀釋 50 μL 制備的納米顆粒制劑，并在 25°C 下測(cè)量。

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