AN-CN-17 DLS動態光散射和SPOS技術的應用

摘要:  

   磷脂脂質體是由磷脂制成的球形顆粒，用于制藥和化妝品工業。脂質體的大小和表面電荷是兩項重要特征需要檢測和監控。動態光散射(DLS)是用于測量亞微米脂質體的大小常見的分析技術，而單顆粒光學傳感（SPOS）技術用來測量大于1um的脂質體，不僅可以檢測脂質體的大小還可以進行顆粒計數。美國PSS粒度儀公司的Nicomp 380系列和AccuSizer 780系列在世界各地被用于實驗室檢測量的脂質體大小和電位(電動電勢)。 

   脂質體是雙分子層的囊泡，通常用于醫藥領域作為藥物釋放系統，將化療藥物運送到腫瘤位置。他們由磷脂組成，分子的疏水尾部傾向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結構的的封閉囊泡。在制藥應用中活性藥物成分(API)通常是包覆于在脂質體到親水的腔內或夾在雙分子層之間，這主要取決于API的親水性，如圖1所示。

   *個被批準用脂質體傳遞的藥物是阿霉素脂質體，通過改進多柔比星脂質體而制得。多柔比星是將藥物包覆于聚已二醇包衣的脂質體內，可以防止免疫系統的排異，增加穩定性，處長半衰期。另外脂質體還可以應用于生物技術與美容領域。

   脂質體可以根據磷脂層數，粒度，及制備方法進行分類。常見的種類有單層小囊泡(SUV)，多層小囊泡(SMV)，多層囊泡(MLV)，單層大囊泡(LUV)和巨大的囊泡(GMV)。脂質體的大小跟載藥數量是影響對藥物代謝和藥物藥效的重要指標。因此對脂質體粒度進行快速的檢測對藥物遞送至關重要。

   大多數的脂質體是亞微米級的（20-250nm），的分析方法就是采用動態光散射，例如PSS的Nicmop系列。圖2 所示，一些較大的脂質體（GMV）（>5 µm）用動態光散射法分析可能不適合，此時就可以選用PSS AccuSizer 系列。圖3.

制程中的粒徑檢測：

   PSS Nicomp 系列和AccuSizer系列都可用于脂質體生產過程中粒徑的測量，例如微孔濾膜擠出的過程。圖4-6顯示了，脂質體在經過濾孔逐漸減小的濾膜后的粒徑。

    巨大的囊泡(GMV)脂質體制造使用sugar-doped脂膜水化過程。通過離心和膜過濾器超擠壓過濾來減小粒子粒徑。脂質體粒徑大小的變化是使用AccuSizer單顆粒傳感技術監控，如圖7到10。

陽離子包膜脂質體：

      陽離子脂質組成的脂質體DOTAP (N -[1-(2,3-dioleoyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium-methyl-sulfate)已被證明是一種陰離子RNA和DNA核苷酸有效的載體。陽離子脂質體提供優勢，包括高封裝核苷酸和高細胞吸收效率對整個陽離子脂質靜電電荷影響，防止誘導血清聚合，陽離子脂質體與聚乙二醇聚合增加使用壽命和允許在腫瘤組織中積累。

   陽離子脂質體于加州大學戴維斯分校(2)被創造并研究，包含的陽離子脂質DOTAP封裝微小的RNA。脂質體的大小是至關重要的，因為這些終被注入老鼠靜脈。因此,終的粒徑應該不大于100納米左右。陽離子包覆脂質體大小如圖11所示。

長循環脂質體:

   另一個在加州大學戴維斯分本校的費拉拉實驗室研究的脂質體用⁶⁴Cu標記追蹤，通過正電子斷層掃描(PET)，用于改善頭部和頸部腫瘤的可視化。這種脂質體是一個特殊的構成，一個標準化的HSPC/cholesterol/DSPE-PEG2K組合，創造出一種高穩定，脂質體，有利于諸多不同的應用程序。在這個配方中HSPC/cholesterol/DSPEPEG2K的摩爾比55.5:39:5.0，然后使用攜帶⁶⁴Cu 的6-BATPEG 作為放射標記。⁶⁴Cu 脂質體會在各種癌癥中積累，就可以提供一個敏感追蹤和納米療法生物分布。

      ⁶⁴Cu長循環脂質體的大小如圖12所示。

熱敏脂質體:

   此外，熱敏脂質體的研究加強了載體在目標處熱導誘發釋放釋放的能力。在一個研究pH-sensitive之間復雜的阿霉素(阿霉素)和銅(CuDox)lysolipid-containing的核心熱敏脂質體(LTSLs)成立(4)。這些DPPC脂質體是由:DSPE -PEG2k:MPPC(86:4:10摩爾比),DPPC是1,2 -Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine,DSPE-PEG2k 是1,2 distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-Methoxy polyethyleneglycol-2000、MPPC是1 -palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine。銅TEA茶脂質體(葡萄糖酸銅(II)、三乙醇胺(TEA))從non-encapsulated銅中分離了出來茶在脂質體誘導鹽梯度膜。MPPC-Copper茶脂質體的大小如圖13所示。

   一旦脂質體準備好那么它的粒徑大小就已經確定，使用階梯式的茶來裝治療藥物阿霉素，阿霉素將進入脂質體作為TEA出來。

Zr-89標記的脂質體的Zeta電勢電位:

   另一個關于Zr-89標記脂質體被用于評估長周期脂質體的藥物動力學研究已經有段時間（5）。這些放射性的元素隱藏在親水室內腔，在脂質體的雙質分子層或者表面。在這個研究里的脂質體通過使用Nicomp系統測量其粒徑分布曲線，粒徑的范圍是在114-120nm。Nicomp系統同時用相位分析法原理和沉入式樣品池進行Zeta電位的測量。測量設置包括一個使用一個12V的電場通過在電極0.4厘米的一個缺口。這些多元的測量結果如圖14所示。從圖中可以看出，測量結果的重復性是非常好的。

參考文獻:

1. Aoki, N. & Hashimoto, M., Hashimoto Electronic Industry CO. and Yoshimura, T. Liposome Engineering Laboratory, “Measurement of Liposome Size Distribution Using Nicomp 380 and AccuSizer780 AD, presentation, July 2013
2. Thanks to Elizabeth Ingham, Azadeh Kheirolomoom and Jai Seo from the Dr. Katherine Ferrara Lab in the Department of Biomedical Engineering at UC Davis for sharing these data and helping to create this document.
3. Mahakian, L. et.al., Comparison of PET Imaging with 64Cu -Liposomes and 18F-FDG in the 7,12-Dimethylbenz[a] anthracene (DMBA)-Induced Hamster Buccal Pouch Model of Oral Dysplasia and Squamous Cell Carcinoma, Mol. Imaging Biol. (2013)
4. Kheirolomoom, A. et.al., Complete regression of local cancer using temperature-sensitive liposomes combined with ultrasound-mediated hyperthermia, Journal of Controlled Release, 172 (2013).
5. Seo, J. et.al., The pharmacokinetics of Zr-89 labeled liposomes over extended periods in a murine tumor model, Nuclear Medicine and Biology 42 (2015)