脂質(zhì)體的粒度及zeta電位表征研究

Michael KaszubaPauline Carnell馬爾文儀器公司

他山之石

脂質(zhì)體的粒度及zeta電位表征研究

Michael KaszubaPauline Carnell馬爾文儀器公司

為成功實現(xiàn)藥物傳輸，理想的途徑是將治療制劑靶向傳輸至所需位置，實現(xiàn)對受藥組織與藥物間相互作用的監(jiān)測。可廣泛運(yùn)用于全身及局部給藥的脂質(zhì)體對這一應(yīng)用的需求不斷上升。由于具備液體、固體、半固體配方攜載能力，脂質(zhì)體已應(yīng)用于針對真菌感染、甲肝、急性淋巴細(xì)胞白血病等疾病的治療實踐中。脂質(zhì)體的物理表征對配方改良及研發(fā)具有十分重要的意義。本文將探討兩項相關(guān)輔助技術(shù)的成功應(yīng)用：一是用于檢測脂質(zhì)體粒度分析的納米粒子跟蹤分析技術(shù)（NTA），二是用于測量脂質(zhì)體粒度及zeta電位的光散射（動態(tài)電泳）技術(shù)。

能夠“定位”的給藥載體

脂質(zhì)體由脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成，是一種人工制備的球形囊泡。最初應(yīng)用于研究膜結(jié)構(gòu)滲透性的模型系統(tǒng)中。由于脂質(zhì)體既能將水溶性物質(zhì)包封于其囊泡中，又能將油溶性物質(zhì)包封于其脂雙層內(nèi)，近年來對它的研究主要集中在其作為給藥載體的適用性。通過控制其脂質(zhì)構(gòu)成進(jìn)行表面改性，研究人員還能夠針對具體的應(yīng)用對脂質(zhì)體進(jìn)行設(shè)計。脂質(zhì)體分為單室脂質(zhì)體和多室脂質(zhì)體，具有生物降解性，基本無毒性，并可以制成不同粒度。既能載荷親水物質(zhì)，也能載荷疏水物質(zhì)的特性使脂質(zhì)體具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，例如通過添加抗體或肽鏈等物質(zhì)進(jìn)行表面改性，脂質(zhì)體能使藥物靶向達(dá)到體內(nèi)指定區(qū)域，或者延長體內(nèi)藥效的作用時間。這些特性促使許多研究人員選擇脂質(zhì)體作為藥物載體。

脂質(zhì)體應(yīng)用廣泛，其在制藥領(lǐng)域的應(yīng)用包括：保護(hù)治療藥劑不受胃腸環(huán)境影響，促進(jìn)藥物成分在胃腸道內(nèi)的傳輸，定向控釋藥物至特定位置，并能促進(jìn)溶解以及增加細(xì)胞對藥物的吸收。與此同時，脂質(zhì)體制劑的局部外用功能也引起了醫(yī)藥及化妝品行業(yè)的強(qiáng)烈關(guān)注。脂質(zhì)體實現(xiàn)藥物微粒靶向傳輸?shù)臋C(jī)理包括擴(kuò)散和直接細(xì)胞融合，其中后者更為常見。在直接細(xì)胞融合中，脂質(zhì)體的脂雙層可與其他雙分子層（如細(xì)胞膜）融合，從而將脂質(zhì)體的內(nèi)含物傳輸至目標(biāo)細(xì)胞。

物理表征作用

脂質(zhì)體的效用與其物理特性密切相關(guān)。測量和分析脂質(zhì)體制劑的粒度、濃度、zeta電位等參數(shù)有助于預(yù)估制劑在臨床環(huán)境下的效用。在這些參數(shù)中，脂質(zhì)體的粒度及分布尤為重要，尤其是在肺部或非腸道途徑給藥的情況下，粒度對藥物活性成分的有效傳輸起到了關(guān)鍵作用。除體內(nèi)作用外，脂質(zhì)體的粒度還具有一系列體外意義，會對給藥系統(tǒng)的載藥能力、聚集程度和沉積狀況等諸多方面產(chǎn)生影響。而另一個重要的指標(biāo)是zeta電位的數(shù)值測量，該測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性預(yù)測。在應(yīng)用于脂質(zhì)體時，這一技術(shù)能夠監(jiān)測體內(nèi)可能發(fā)生的帶電脂質(zhì)體與相反電性微粒間的相互作用。

提高分析可靠性

就醫(yī)藥配方研發(fā)而言，無論采用何種載體、何種配法，必須要有可靠的分析體系提供相關(guān)的健全數(shù)據(jù)。如果用脂質(zhì)體作為載體，為實現(xiàn)更高效、更先進(jìn)的研發(fā)進(jìn)程，需在進(jìn)行任何臨床試驗之前，詳盡了解這些載體是如何在體內(nèi)發(fā)生作用的，而這其中的關(guān)鍵便是粒度及zeta電位的測量。

使用納米顆粒跟蹤分析技術(shù)測量脂質(zhì)體粒度

納米顆粒跟蹤分析技術(shù)（簡稱NTA）運(yùn)用光散射來檢測溶液中的納米顆粒。該技術(shù)結(jié)合了光散射顯微鏡及視頻成像技術(shù)（見圖1），根據(jù)不同的樣本類型，可以測量10～2 000 nm范圍內(nèi)的粒度。

圖1 納米顆粒跟蹤分析中的細(xì)胞觀測

使用科學(xué)數(shù)碼攝相機(jī)可以捕捉溶液中顆粒的散射光，再由儀器軟件逐幀追蹤每個顆粒的移動情況（見圖2）。

圖2 納米顆粒跟蹤分析技術(shù)能夠通過捕獲視頻片段，同時跟蹤和分析顆粒結(jié)構(gòu)

在對被照射樣本進(jìn)行影像記錄后，NTA軟件將識別并跟蹤視野中每一個顆粒的布朗運(yùn)動。數(shù)位捕捉到的單個粒子的擴(kuò)散速率（速度）與球體等效流體動力直徑相關(guān)，并能通過以布朗運(yùn)動為模型的斯托克斯-愛因斯坦方程計算得出。NTA可逐粒計算粒度，且由于有影像片段做分析基礎(chǔ)，用戶還可以精確表征實時狀態(tài)。個體顆粒的粒度分布都能在數(shù)秒內(nèi)快速獲得。

NTA技術(shù)也能夠?qū)Σ煌闹|(zhì)體進(jìn)行同步的單獨(dú)分析，因此除基礎(chǔ)的粒度分析以外，還為獲取額外信息提供了新的途徑，其中包括單個脂質(zhì)體的相對光散射強(qiáng)度的測定。將數(shù)據(jù)結(jié)果并與另行測得的粒度數(shù)據(jù)繪成坐標(biāo)圖，可以更加細(xì)致地分辨出由不同折射率（RI）或不同材料構(gòu)成的顆粒。這種方法對確定脂質(zhì)體的內(nèi)含物是否變異非常有用，因為空囊泡的RI值可能低于載荷的囊泡。同時作為一種單粒子探測系統(tǒng)，NTA還能測量顆粒濃度。

zeta電位測量的應(yīng)用

脂質(zhì)體與細(xì)胞在體內(nèi)發(fā)生交互作用的部位在很大程度上由脂質(zhì)體的粒度決定。小粒度的脂質(zhì)體能夠通過肝竇狀隙的膜孔，中粒度的脂質(zhì)體停留在血液腔室中并能長時間循環(huán)流動，而大粒度的脂質(zhì)體則被Kupffer細(xì)胞快速清除。與粒度測量類似，了解脂質(zhì)體制劑的zeta電位有助于預(yù)測其在人體內(nèi)的變化。

顆粒的zeta電位是指顆粒在特定媒介中獲得的總電荷。以基因治療為例，zeta電位的測量可用于優(yōu)化特定脂質(zhì)體與不同DNA質(zhì)粒的比例，從而將配方的聚集度降到最低。

動態(tài)光散射(簡稱DLS)是表征脂質(zhì)體粒度的一項較為成熟的技術(shù)。此外，能夠同時采用動態(tài)光散射測量粒度、并使用激光多普勒頻流速測定zeta電位的分析設(shè)備在業(yè)內(nèi)也得到日益廣泛的應(yīng)用。

與NTA技術(shù)一樣，由粒子布朗運(yùn)動產(chǎn)生的光散射也是DLS技術(shù)的核心所在。DLS技術(shù)測量散射光強(qiáng)度隨時間變化產(chǎn)生的波動，并確認(rèn)粒子的擴(kuò)散系數(shù)。在此基礎(chǔ)上利用斯托克斯-愛因斯坦方程將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為粒度大小分布情況。

采用激光多普勒頻流速測定法測量zeta電位時，向分子溶液或微粒分散液施加電場，這些顆粒便會以一定的速率移動，而該速率與zeta電位相關(guān)。通過測定該速率能夠計算出電泳遷移率，并據(jù)此算出顆粒的zeta電位和zeta電位分布。

使用馬爾文儀器公司的Zetasizer Nano系統(tǒng)進(jìn)行實驗，結(jié)果表明：使用DLS粒度測量技術(shù)及激光多普勒頻流速測量zeta電位同等可靠，均可適用于陰離子脂質(zhì)體和陽離子脂質(zhì)體[2]。

總結(jié)

粒度及zeta電位可為特定醫(yī)藥領(lǐng)域脂質(zhì)體定性及研發(fā)提供重要的參數(shù)，因而需要相關(guān)的表征技術(shù)來提供詳細(xì)的輔助信息，幫助了解脂質(zhì)體的性態(tài)，從而優(yōu)化藥劑定制工藝并實現(xiàn)質(zhì)量控制。本文介紹的技術(shù)能夠提供脂質(zhì)體制劑的粒度、濃度、zeta電位等輔助信息。藥物配方研究員通過對這些性能的不斷論證，將促進(jìn)針對具體的治療方案選用最為合適的脂質(zhì)體。