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什么是zeta電位，zeta電位測量如何影響納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展?

納米顆粒如細(xì)胞外囊泡(EVs)、脂質(zhì)體和脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)在推動(dòng)醫(yī)學(xué)發(fā)展方面具有巨大的潛力。為了確保它們?cè)卺t(yī)療應(yīng)用中的有效性和安全性，對(duì)這些納米顆粒進(jìn)行徹底的表征是必不可少的。其中一個(gè)指標(biāo)您可能會(huì)忽略或一直沒有很準(zhǔn)確的方法去測量，它就是zeta電位。

理解zeta電位及其在膠體系統(tǒng)穩(wěn)定性中的作用

Zeta電位為納米顆粒的穩(wěn)定性提供了有價(jià)值的參考，因?yàn)樗�反映了顆粒的表面電荷及其與周圍介質(zhì)的相互作用。更具體地說，zeta 電位是膠體系統(tǒng)中粒子滑動(dòng)平面電位的量度(圖1)。

圖1.zeta電位示意圖。

當(dāng)一種物質(zhì)在連續(xù)的“分散”介質(zhì)中分散時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)膠體系統(tǒng)。穩(wěn)定性在膠體體系的應(yīng)用中是至關(guān)重要的，因?yàn)槟z體顆粒之間的吸引力會(huì)引起顆粒的凝結(jié)。防止這種粒子聚集的一種方法是將高分辨率測量zeta電位的技術(shù)結(jié)合到您的膠體開發(fā)系統(tǒng)中。

當(dāng)膠體系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，所有的顆粒在分散介質(zhì)中均勻分布。然而，靜電和空間效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致該系統(tǒng)波動(dòng)，導(dǎo)致聚集，最終導(dǎo)致相分離，分散的顆粒凝結(jié)并從分散介質(zhì)中沉淀出來。對(duì)于治療目的，保持穩(wěn)定的膠體系統(tǒng)非常重要，其中顆粒均勻分散。測量zeta電位有助于預(yù)測膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

Zeta電位利用可調(diào)電阻脈沖傳感(TRPS)技術(shù)在獨(dú)特的單粒子基礎(chǔ)上測量。使用我們的高分辨率TRPS儀器-Exoid，您可以以單粒子的方式同時(shí)完成尺寸和zeta電位的測量。值得注意的是，并非所有用于測量zeta電位的分析方法都能提供這種單粒子的分辨率和精度。

Zeta電位在納米顆粒穩(wěn)定性和在治療的方面意義

獲得粒子的zeta電位可以深入了解表面電荷和穩(wěn)定性。穩(wěn)定的納米顆粒會(huì)隨著時(shí)間的推移保持其大小、形狀和分散狀態(tài)，而不穩(wěn)定的顆粒則傾向于聚集和沉淀。Zeta電位在決定這種穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵作用。大的zeta電位值，無論是正的還是負(fù)的，都表明粒子之間有很強(qiáng)的靜電斥力，導(dǎo)致穩(wěn)定的分散狀態(tài)。相反，低zeta電位值表明弱排斥，增加聚集的可能性。

在治療藥物不斷發(fā)展的背景下，確定納米粒子的zeta電位是優(yōu)化和滿足法規(guī)合規(guī)性的關(guān)鍵方面。

優(yōu)化細(xì)胞外囊泡的治療效果

細(xì)胞外囊泡(EVs)是非侵入性診斷和靶向治療的有希望的藥物載體，正如其他顆粒類型所顯示的那樣，zeta電位測量對(duì)于理解EVs穩(wěn)定性及其治療潛力非常重要。通過測量不同條件下制備的EVs的zeta電位，研究人員可以優(yōu)化EVs制劑，以增強(qiáng)穩(wěn)定性和功能，例如改善細(xì)胞相互作用，從而使其在臨床應(yīng)用中更有效。

研究表明，具有較大絕對(duì)值zeta電位的EVs不太可能聚集，從而提高了它們的遞送效率和與靶細(xì)胞的相互作用。從zeta電位測量中獲得的參考值，有助于追蹤EVs作為藥物遞送載體的過程，EVs可以封裝并將治療劑遞送到靶細(xì)胞。在這里，具有強(qiáng)大的zeta電位有助于穩(wěn)定的保質(zhì)期。穩(wěn)定的制劑將比聚合的制劑具有更高的生物利用度，使治療藥物能夠有效地運(yùn)送到目標(biāo)靶細(xì)胞。此外，zeta電位測量可以作為EVs生產(chǎn)和純化過程中的質(zhì)量控制指標(biāo)。這確保了EVs的質(zhì)量一致，批次之間的差異最小。因此，測量zeta電位是優(yōu)化和調(diào)節(jié)EVs納米藥物配方的重要步驟。

確保疫苗的穩(wěn)定性和保質(zhì)期

當(dāng)涉及到疫苗穩(wěn)定性和保質(zhì)期時(shí)，確定zeta電位可以提供有價(jià)值的參考。大的絕對(duì)zeta電位表明顆粒會(huì)強(qiáng)烈排斥作用，導(dǎo)致的聚集風(fēng)險(xiǎn)較低，并隨著時(shí)間的推移保持疫苗的功效。疫苗配方也可以在zeta電位的幫助下進(jìn)行優(yōu)化，使它們?cè)诟鞣N條件下保持穩(wěn)定。這對(duì)運(yùn)輸和儲(chǔ)存至關(guān)重要，因?yàn)橐呙缈赡苄枰獛讉�(gè)月的時(shí)間才能使用。

仔細(xì)觀察脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)可以證明測量zeta電位對(duì)穩(wěn)定性的價(jià)值。LNPs是含有脂質(zhì)核心和表面活性物質(zhì)的外層顆粒。它們經(jīng)常被用作藥物載體，被用作針對(duì)SARS-CoV-2的基于mRNA的疫苗時(shí)，它們受到了關(guān)注。然而，圍繞其運(yùn)輸和儲(chǔ)存穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)仍然是一個(gè)受關(guān)注的研究領(lǐng)域。在一項(xiàng)內(nèi)部研究中，我們使用Exoid(多功能納米顆粒檢測儀)測量了空LNPs和裝載mRNA的LNPs的zeta電位�？誏NPs的zeta電位(mode±SD)為-10±1.1 mV，加載mRNA的LNPs的zeta電位為-17±1.1 mV，這可能是由于加載負(fù)電荷的mRNA導(dǎo)致的，但清楚的是mRNA負(fù)載的LNPs比空LNPs具有更強(qiáng)的zeta電位。這一發(fā)現(xiàn)突出了Exoid的能力及其測量zeta電位到高分辨率的能力，允許樣本之間的比較。

圖2:在Exoid上測量空LNPs和加載mRNA了LNPs的Zeta電位。

 
Zeta電位和在基因治療方面的注意事項(xiàng)

除了幫助疫苗和基于EVs的研發(fā)外，zeta電位還可以在基因傳遞載體的設(shè)計(jì)中發(fā)揮作用，幫助確保它們有效地封裝和保護(hù)遺傳物質(zhì)免受降解。具有較高zeta電位的穩(wěn)定納米顆粒將能夠更有效地遞送到靶細(xì)胞，這有利于提高基因治療的效果。

粒子電荷也影響基因治療納米粒子與靶細(xì)胞膜的相互作用;例如，帶正電的納米顆�？梢源龠M(jìn)帶負(fù)電的細(xì)胞膜的結(jié)合和攝取，從而提高轉(zhuǎn)染效率。Zeta電位可以幫助找到正確的平衡點(diǎn)，因?yàn)檫^多的正電荷會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性。

全面的zeta電位表征可以幫助最大限度地減少與血液成分和脫靶細(xì)胞的非特異性相互作用，減少副作用并提高基因傳遞的特異性。通過優(yōu)化zeta電位，納米顆�？梢员辉O(shè)計(jì)成針對(duì)特定的細(xì)胞類型，提高基因治療的精度。

Zeta電位是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的寶貴工具

測量zeta電位對(duì)于確保生物納米顆粒在治療和診斷中的穩(wěn)定性、有效性和安全性至關(guān)重要。通過了解和優(yōu)化zeta電位，研究人員可以提高納米顆粒的性能，滿足監(jiān)管要求，并推動(dòng)創(chuàng)新醫(yī)學(xué)治療的發(fā)展。Exoid為zeta電位測量提供了一個(gè)可靠、準(zhǔn)確的平臺(tái)，使其成為納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究人員的寶貴工具。

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