使用 優(yōu)納可EvoFluid 儀器調(diào)整PLGA粒徑大小
背景：
越來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，該儀器通過由計算機控制的壓力泵驅(qū)動微流控芯片混合，以實現(xiàn)對溶劑/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導(dǎo)致粒徑增大。通過對 4 項參數(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 儀器上通過微流控混合制備，如圖所示。該方法可以實現(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 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，因此保持對納米顆粒粒徑大小的控制在制備過程中至關(guān)重要。與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)納可EvoFluid 平臺采用的微流控混合技術(shù)可在制備過程中精準(zhǔn)控制納米顆粒粒徑大小。這可以通過調(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)來實現(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)備兩個入口的速度總和。隨著 TFR 增 加，混合速度會加快，從而使PLGA納米顆粒粒徑縮小。隨著混合速度變得遠快于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。
在任何特定時刻進行混合的水相與溶劑相的相對量由 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)瞬時過飽和。這促使溶解的分子沉淀為納米顆粒。此時，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形成了對比(數(shù)據(jù)未顯示)。不同的趨勢可以通過這些材料的顆粒組裝動力學(xué)來理解。 對于自穩(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 冠組裝動力學(xué)的限制。對于 PVA，隨著水相與有機相之比增加，PVA 在混合時經(jīng)歷的極性降低幅度減小。這降低了 PVA 在新生 PLGA 顆粒表面進行組裝的驅(qū)動力。這樣的鈍化延遲有利于生長出較大的 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， 這與文獻報道的結(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降低溶劑相向水相中擴散的速度，從而導(dǎo)致形成較大的納米顆粒。PVA 的作用是通過降低 PLGA 聚合物與水相之間的界面張力來穩(wěn)定顆粒。因此，改變穩(wěn)定劑的濃度可能會影響 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報道相似。在 4% w/v 的 PVA 濃度下未報道粒徑進一步縮小，可能是因為 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)工藝對于消除制劑參數(shù)對顆粒粒徑大小的影響必不可少。如果沒有這種控制，不同批次之間的差異可能會導(dǎo)致實驗誤差，從而可能讓人無法清楚地分辨制劑變化造成的影響。特別是，5-15 mg/mL 的 PLGA 濃度對顆粒粒徑大小的影響很微妙。優(yōu)納可EvoFluid 平臺能夠?qū)崿F(xiàn)不同批次間的可重復(fù)性，使得實驗誤差幾乎可以忽略不計，從而降低了這些實驗觀察的本底干擾，讓粒徑變化既能被檢測到，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)購自 Sigma-Aldrich (St Louis, MO)。所有其他材料均為試劑級
微流控制備 PLGA 納米顆粒：
使用 優(yōu)納可EvoFluid，通過將適當(dāng)體積的 PLGA 乙腈溶液與含 PVA 水溶液混合，來制備 PLGA 納米顆粒。簡而言之，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，通過微流控芯片的一個入口注入 PLGA 乙腈溶液，并通過微流控芯片的另一個入口注入 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，前 4 小時內(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 過動態(tài)光散射來表征其尺寸(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 下測量。
更多問題請電話咨詢哲本儀器或留言，我們會及時與您聯(lián)系！
越來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，該儀器通過由計算機控制的壓力泵驅(qū)動微流控芯片混合，以實現(xiàn)對溶劑/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導(dǎo)致粒徑增大。通過對 4 項參數(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 儀器上通過微流控混合制備，如圖所示。該方法可以實現(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 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，因此保持對納米顆粒粒徑大小的控制在制備過程中至關(guān)重要。與傳統(tǒng)方法相比，優(yōu)納可EvoFluid 平臺采用的微流控混合技術(shù)可在制備過程中精準(zhǔn)控制納米顆粒粒徑大小。這可以通過調(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)來實現(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)備兩個入口的速度總和。隨著 TFR 增 加，混合速度會加快，從而使PLGA納米顆粒粒徑縮小。隨著混合速度變得遠快于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。
在任何特定時刻進行混合的水相與溶劑相的相對量由 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)瞬時過飽和。這促使溶解的分子沉淀為納米顆粒。此時，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形成了對比(數(shù)據(jù)未顯示)。不同的趨勢可以通過這些材料的顆粒組裝動力學(xué)來理解。 對于自穩(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 冠組裝動力學(xué)的限制。對于 PVA，隨著水相與有機相之比增加，PVA 在混合時經(jīng)歷的極性降低幅度減小。這降低了 PVA 在新生 PLGA 顆粒表面進行組裝的驅(qū)動力。這樣的鈍化延遲有利于生長出較大的 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， 這與文獻報道的結(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降低溶劑相向水相中擴散的速度，從而導(dǎo)致形成較大的納米顆粒。PVA 的作用是通過降低 PLGA 聚合物與水相之間的界面張力來穩(wěn)定顆粒。因此，改變穩(wěn)定劑的濃度可能會影響 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報道相似。在 4% w/v 的 PVA 濃度下未報道粒徑進一步縮小，可能是因為 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)工藝對于消除制劑參數(shù)對顆粒粒徑大小的影響必不可少。如果沒有這種控制，不同批次之間的差異可能會導(dǎo)致實驗誤差，從而可能讓人無法清楚地分辨制劑變化造成的影響。特別是，5-15 mg/mL 的 PLGA 濃度對顆粒粒徑大小的影響很微妙。優(yōu)納可EvoFluid 平臺能夠?qū)崿F(xiàn)不同批次間的可重復(fù)性，使得實驗誤差幾乎可以忽略不計，從而降低了這些實驗觀察的本底干擾，讓粒徑變化既能被檢測到，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)購自 Sigma-Aldrich (St Louis, MO)。所有其他材料均為試劑級
微流控制備 PLGA 納米顆粒：
使用 優(yōu)納可EvoFluid，通過將適當(dāng)體積的 PLGA 乙腈溶液與含 PVA 水溶液混合，來制備 PLGA 納米顆粒。簡而言之，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，通過微流控芯片的一個入口注入 PLGA 乙腈溶液，并通過微流控芯片的另一個入口注入 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，前 4 小時內(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 過動態(tài)光散射來表征其尺寸(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 下測量。
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