SAXS應(yīng)用于制藥研究中脂質(zhì)體的表征

​       小角X射線散射(SAXS)是分析脂質(zhì)體的重要工具。脂質(zhì)體是一類納米顆粒，其特征在于它們的磷脂雙層壁，是少數(shù)幾類納米藥物輸運(yùn)系統(tǒng)之一。SAXS是一種可用于探測納米尺寸、形狀、膜的柔韌性和活性成分與膜相互作用的有效工具。此外，SAXS提供了統(tǒng)計(jì)相關(guān)的結(jié)果，并且可以提供一些其他技術(shù)無法獲得的關(guān)于脂質(zhì)體獨(dú)特的信息。

★SAXS應(yīng)用于制藥研究中脂質(zhì)體的表征★

 脂質(zhì)體是一種主要由磷脂組成的具有脂質(zhì)雙層壁的球狀囊泡，于60年代初被發(fā)現(xiàn)。脂質(zhì)體尺寸從幾十納米到超過200微米不等。脂質(zhì)體有兩種類型：單層和多層（囊泡）。多層囊泡進(jìn)一步分為多層、寡層和多囊泡脂質(zhì)體（見下圖）。其易于制造及生物相容性使它們成為活性藥物成分 (API) 以及化妝品 [1] 和食品配方的理想載體[2]。

 除了各種類型的磷脂外，脂質(zhì)體通常含有膽固醇或其他親脂分子。此外，表面可以用聚乙二醇 (PEG) 或其他聚合物、蛋白質(zhì)、小分子、碳水化合物和其他基團(tuán)進(jìn)行修飾，以改變它們的穩(wěn)定性、溶解性或?qū)⑺鼈円龑?dǎo)到應(yīng)該卸載其活性貨物的組織。這種多功能性使其作為納米藥物遞送系統(tǒng)取得了成功，目前市場上的臨床制劑中的脂質(zhì)體就說明了這一點(diǎn)。[i]

 Doxil®、LMX-4® 和 DepoDur® 是成功上市配方的一些例子。這些注冊藥物的共同點(diǎn)是活性成分太親脂而不能直接給藥。因此，它們被封裝在脂質(zhì)體載體中。

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利用SAXS表征脂雙層和脂質(zhì)雙層厚度 

 為了保護(hù)消費(fèi)者的健康并保持穩(wěn)定的質(zhì)量，用于這些應(yīng)用的脂質(zhì)體的生產(chǎn)受到良好生產(chǎn)規(guī)范 (GMP) 指南的監(jiān)管。這些指南規(guī)定必須明確定義和控制制造過程，并且必須評(píng)估過程中的任何變化。[ii] 形態(tài)分析是質(zhì)量控制的關(guān)鍵部分，小角X射線散射是非常適合的工具。

 層狀性，即層狀雙層的數(shù)量，是 FDA（食品和藥物管理局）認(rèn)為重要的參數(shù)之一。層狀結(jié)構(gòu)是脂質(zhì)體容納和保留藥物物質(zhì)能力的主要因素。[iii] 通過SAXS技術(shù)可以很容易得到脂質(zhì)雙層的數(shù)量及其確切的構(gòu)造。如果與廣角X射線散射（WAXS）聯(lián)用，可以得到烷基鏈間距的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)凝膠，脂質(zhì)或波紋相的準(zhǔn)確測定。

 例如，在來自意大利拉奎拉大學(xué)和意大利羅馬大學(xué)的科學(xué)家最近發(fā)表的一篇文章中，SAXS 與其他表征方法一起用于研究喹啉在由不同脂質(zhì)組成的脂質(zhì)體中的負(fù)載量 [3]。喹啉是一種眾所周知的通用化合物，但溶解度低限制了其對(duì)藥理學(xué)應(yīng)用的影響，這可以通過將其包含在脂質(zhì)體中來克服。下圖顯示了具有不同喹啉配方的喹啉負(fù)載多層囊泡和由不同磷脂（DOPC、DPPC）制成的脂質(zhì)體的 SAXS 和 WAXS 測試結(jié)果。清晰的周期性散射峰證實(shí)了具有所需層狀度的囊泡的存在。載有喹啉7的DPPC脂質(zhì)體是一個(gè)例外。在這里，寬的散射峰表明存在堆疊雙層數(shù)量少得多的脂質(zhì)體。

圖1：空脂質(zhì)體和加入喹啉的多層囊泡磷脂的SAXS曲線（黑色曲線為空脂質(zhì)體，橙色、藍(lán)色和紫色曲線為不同喹啉配方）。圖中插入的是一個(gè)放大的散射峰。該數(shù)據(jù)采集于法國Xencos公司的Xeuss 2.0 Q-Xoom（即Xeuss 3.0）, 配備的是Genix3D 銅靶光源。

 此外，SAXS 是表征雙層厚度的首選技術(shù)，因?yàn)樗�具有納米分辨率，并且因?yàn)樗�提供了來�?~ 1 立方毫米樣本體積的統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息。它還提供了對(duì)膜柔韌性和活性成分摻入的深入了解。[1,2] 與許多其他技術(shù)相比，例如冷凍電子顯微鏡 (CryoEM)，樣品可以在接近自然狀態(tài)下進(jìn)行測量，準(zhǔn)確地代表自然狀態(tài)。[4] 重要的是，SAXS 允許研究上述參數(shù)作為溫度和其他環(huán)境參數(shù)的函數(shù)。[1,2,4-7]

     在某些情況下，SAXS 具有額外的優(yōu)勢，例如，它是目前測量脂質(zhì)體 PEG 冠的尺寸和結(jié)構(gòu)的唯一直接方法，因?yàn)閷?duì)于其他技術(shù)（如冷凍 TEM）這缺乏足夠的對(duì)比度。[8-9]

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利用SAXS表征脂質(zhì)體大小

 除了雙層形態(tài)研究外，SAXS 還可用于表征從幾納米到幾百納米范圍內(nèi)的脂質(zhì)體尺寸，具體取決于脂質(zhì)體和儀器的類型。在卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) [10] 最近的一份出版物中，SAXS 被用于研究使用脂質(zhì)體作為穩(wěn)定碳氟化合物乳液的一種手段。在這項(xiàng)基礎(chǔ)研究中，研究了具有不同頭部大小、鏈長和不同濃度的磷脂。首先，SAXS 明確地證實(shí)了脂質(zhì)體的形成，而其他測量技術(shù)對(duì)于新制備的樣品這一點(diǎn)尚不清楚。其次，SAXS對(duì)生產(chǎn)過程中引入的樣品中的氣泡不敏感。因此，與通過光子相關(guān)光譜 (PCS) 測量的強(qiáng)度加權(quán)平均流體動(dòng)力學(xué)尺寸相比，SAXS 可以提供更可靠的脂質(zhì)體尺寸測量方法。在這種特殊情況下，PCS 測量進(jìn)一步受到兩相折射率的微小差異的阻礙，這對(duì)于SAXS來說不是問題，因?yàn)槠鋵?duì)比度依賴于電子密度而不是折射率的差異。

  如下圖所示，對(duì)具有不同磷脂（左）和不同濃度（右）的脂質(zhì)體的散射圖譜積分得到一維曲線，進(jìn)行建模并進(jìn)行了擬合。結(jié)果表明脂質(zhì)體的大小隨著磷脂尾部長度的增加而增加，從 DMPC 的 48 nm 到 DSPC 的 59 nm 和 DPPC 的 61 nm。將 DPPC 的濃度從 25 到 300 mM 變化會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)體的形成從 61 nm 到超過儀器檢測極限的尺寸。此外，散射強(qiáng)度的增加意味著存在的磷脂越多，可形成的脂質(zhì)體越多。

圖2- 用不同鏈長磷脂組成的不同脂質(zhì)體的SAXS實(shí)驗(yàn)（左）或用不同濃度的DPPC制備的懸液的SAXS實(shí)驗(yàn)（左）. SAXS數(shù)據(jù)采集自法國Xenocs公司的Xeuss 2.0，樣品置于凝膠樣品臺(tái)中，設(shè)置樣品到檢測器的距離為1750毫米，單個(gè)樣品測試時(shí)間為1800 s。

★Xenocs藥物載體的研發(fā)和生產(chǎn)解決方案★

 脂質(zhì)體和其他納米粒子是藥物有效載荷輸送的重要載體，為解決各種藥物需求提供了無限的可能性。法國Xenocs為脂質(zhì)體和其他納米粒子的有效開發(fā)提供解決方案。我們的產(chǎn)品通過提供更穩(wěn)定可靠的結(jié)果，大大縮減了研發(fā)周期。此外，它們非常適合于生產(chǎn)監(jiān)測和質(zhì)量控制，確保高品質(zhì)、安全的產(chǎn)品能更快地進(jìn)入市場。創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，核心的科技和獨(dú)有的功能，使我們的產(chǎn)品成為市場上獨(dú)特的解決方案。

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