中南大學(xué)《Nano Letters》：微流控聲空化器件精準調(diào)控脂質(zhì)體粒徑分布

脂質(zhì)體作為最有前景的藥物載體之一，可以改變藥物的藥代動力學(xué)特性，延長藥物的循環(huán)時間，減少藥物的毒副作用，已被廣泛應(yīng)用于抗腫瘤藥物遞送、基因治療、醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。值得注意的是，脂質(zhì)體的粒徑對于脂質(zhì)體在體內(nèi)的血液循環(huán)、細胞攝取和組織滲透等方面都發(fā)揮著重要作用，因此，對脂質(zhì)體藥物的藥效學(xué)和藥代動力學(xué)產(chǎn)生重要的影響。

目前，常見的脂質(zhì)體制備方法包括薄膜水化法、逆向蒸發(fā)法、乙醇注入法等，這些方法都難以在脂質(zhì)體形成的過程中對脂質(zhì)體的粒徑進行直接的調(diào)控。傳統(tǒng)的后處理方法，如脂質(zhì)體擠出和超聲振蕩，雖然可以減小脂質(zhì)體的粒徑，但存在著耗時久、效率低、重復(fù)性差等缺點。微流控法可以在脂質(zhì)體形成的過程中，通過調(diào)節(jié)緩沖液和脂質(zhì)溶液的流率比來對脂質(zhì)體的粒徑進行直接的調(diào)控，但是，這種方法無疑會改變脂質(zhì)體的濃度，進而對脂質(zhì)體的包封效率、穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，開發(fā)出一種能夠在不改變流率比的條件下對脂質(zhì)體進行精準的粒徑調(diào)控方法對于促進脂質(zhì)體生產(chǎn)及應(yīng)用研究具有重大意義。

近期，中南大學(xué)湘雅醫(yī)院皮膚科、芙蓉實驗室、中南大學(xué)機電工程學(xué)院等研究團隊在《Nano Letters》（IF=9.6）期刊上在線發(fā)表題為“Cavitation-on-a-Chip Enabled Size-Specific Liposomal Drugs for Selective Pharmacokinetics and Pharmacodynamics"的原創(chuàng)性論著。該研究發(fā)明了一種可控微流控聲空化（Controllable cavitation-on-a-chip, CCC）策略，該方法有助于在不改變流率比（FRR）的條件下精確調(diào)節(jié)脂質(zhì)體藥物的粒徑分布。該方法制備的不同粒徑分布的脂質(zhì)體藥物在荷瘤動物和黑色素瘤患者衍生的類器官模型中，均表現(xiàn)出差異性的藥物分布和抗腫瘤功效，揭示了該方法在調(diào)節(jié)藥效學(xué)和藥代動力學(xué)方面具有巨大的應(yīng)用潛力。據(jù)悉，這項研究的第一作者和第一通訊作者單位均為中南大學(xué)。20級博士研究生單晗和22級博士研究生俞念舟為該論文共同第一作者；中南大學(xué)湘雅醫(yī)院皮膚科陳翔教授、趙爽副研究員、中南大學(xué)機電工程學(xué)院陳澤宇教授為該論文共同通訊作者。

首先，作者提出了一種微流控聲空化芯片及其制備不同粒徑脂質(zhì)體的方法。作者使用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）高精度3D打印技術(shù)（nanoArch®S140，精度：10μm）制作了微流控混合芯片，并通過仿真計算設(shè)計了超聲換能器，最終將微流控混合芯片和超聲換能器裝配成了微流控聲空化芯片。該微流控聲空化芯片可以在不改變緩沖液和脂質(zhì)溶液的流率比的條件下，使用可控的聲空化效應(yīng)在脂質(zhì)體的合成過程中對脂質(zhì)體的粒徑進行直接調(diào)控。

然后，作者使用微流控聲空化芯片合成了多種不同類型的脂質(zhì)體藥物，結(jié)果顯示，使用微流控聲空化芯片可以在低流率比的條件下合成粒徑更小、包封率更高、尺寸更加均一的脂質(zhì)體。

作者進一步使用合成的不同粒徑載藥脂質(zhì)體進行了細胞攝取、小動物光聲成像、小動物活體熒光成像研究。結(jié)果表明，不同粒徑分布的脂質(zhì)體具有明顯差異性的細胞攝取和體內(nèi)分布。有趣的是，相比于大粒徑的ICG脂質(zhì)體，小粒徑的ICG脂質(zhì)體在腫瘤部位和腎臟部位具有更明顯的富集。

接著，作者在小鼠黑色素瘤（B16-F10）模型和乳腺癌（4T1）模型進行了腫瘤治療實驗。結(jié)果表明，相比于大粒徑的脂質(zhì)體藥物，由于小粒徑的脂質(zhì)體藥物具有更明顯的腫瘤富集效率，因此呈現(xiàn)出了更顯著的抗腫瘤效果。

最后，作者利用患者來源腫瘤類器官進行了粒徑特異性脂質(zhì)體藥物的類器官攝取和毒性實驗。結(jié)果表明，小粒徑的脂質(zhì)體可以更容易被腫瘤類器官攝取。此外，包封抗腫瘤藥物的小粒徑脂質(zhì)體對腫瘤類器官的生長具有更明顯的抑制作用。

與其他用于合成脂質(zhì)體的微流控混合芯片相比，本工作提出的微流控聲空化芯片能夠在不改變流率比和微通道結(jié)構(gòu)的條件下對脂質(zhì)體進行精準的粒徑調(diào)控。另外，利用微流控聲空化芯片可以快速地制備不同粒徑的脂質(zhì)體，能夠滿足生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)χ|(zhì)體藥物粒徑分布的多樣化需求。