PLGA、脂质体、LNP:Sunshine 一台做 5 种纳米颗粒

PLGA、脂质体、LNP:Sunshine 一台做 5 种纳米颗粒

同一台 Sunshine 不换耗材,制备了 5 种纳米颗粒:PLGA 纳米颗粒、2 种脂质体配方、SM-102 mRNA-LNP 和 DOTAP PolyA-LNP。所有颗粒粒径在 20–150 nm 之间;测了包封率的 SM-102 mRNA-LNP,各 FRR 下 EE% > 90%。不用换耗材,是因为 Sunny 芯片用惰性玻璃制成,兼容乙醇、丙酮等有机溶剂,可重复使用。

传统批量法(薄膜水化、超声、纳米沉淀)做这些颗粒既费时又批间不一致。微流控用层流混合,粒径和 PDI 由流速条件决定,可以重现。Sunshine 在此基础上增加了自动化:用户设定 FRR、TFR、前驱体体积、收集体积和在线稀释,设备自动按 Protocol Mode 连续执行一批实验,10 个条件 15 分钟跑完。

Sunny 芯片用于 LNP 合成的流路示例:第一个 Sunny 做 HFF 混合(脂质/乙醇 + mRNA/水相),第二个 Sunny 可选在线加稀释液调节 pH 和降低乙醇浓度。

Sunshine:自动化微流控纳米颗粒合成平台,精密注射泵驱动,支持连续生产(每天数十升)。

PLGA 纳米颗粒:FRR 从 1:1 到 8:1,粒径从 83 到 57 nm

PLGA(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)纳米颗粒用于药物递送和缓释,生物相容性和可降解性好,在眼科给药(如曲安奈德)等领域有实际应用。传统批量法做 PLGA NP 粒径不稳定,微流控的精确混合让粒径和释放特性可重现。

用 Sunny 275 XT(HFF 模式),0.5% PLGA 丙酮溶液为有机相,去离子水为水相,TFR 固定 3 mL/min,FRR(水相:有机相)从 1:1 变到 8:1。水相比例越高,有机相越被稀释和聚焦,粒径从 83 nm 降到 57 nm,PDI 平均低于 0.1。芯片名里的 XT 是这篇应用笔记的系列叫法,涵盖现行的 X 和 T 两个版本,下文的 100 XT、190 XT 也一样。

参数:设置

水相 (A):去离子水

有机相 (O):0.5% (w/v) PLGA / 丙酮

FRR (A:O):1:1 → 8:1(可变)

TFR:3 mL/min

Sunny:275 XT

PLGA 纳米颗粒粒径(柱状图)和 PDI(蓝点)随 FRR 变化。TFR = 3 mL/min。粒径从 83 nm(1:1)降到 57 nm(8:1),PDI 均低于 0.1。n=3,误差棒 = SD。

脂质体 1:Phospholipon 90G + DDAB,FRR 筛选

脂质体是目前 FDA 批准的纳米药物中最常见的一类。和 PLGA NP 不同,脂质体的有机相用乙醇而非丙酮。用 Phospholipon 90G(1 mg/mL)+ DDAB(0.1 mg/mL)的乙醇溶液做有机相,1× PBS pH 7.4 做水相和稀释液。在 Sunny 100 XT 上混合,串联 Sunny 190 XT 做在线稀释。TFR 固定 3 mL/min,FRR(A:O:D)从 1:0.5:1 到 1:3.5:1 变化。

参数:设置

水相 (A):1× PBS pH 7.4

有机相 (O):Phospholipon 90G (1 mg/mL) + DDAB (0.1 mg/mL) / 乙醇

稀释液 (D):1× PBS pH 7.4

FRR (A:O:D):可变

TFR:3 mL/min

Sunny:100 XT + 190 XT(在线稀释)

Phospholipon 脂质体粒径和 PDI 随 FRR 变化。粒径 20–150 nm。低有机比例(1:0.5:1)PDI 偏高;1:3:1 PDI 最低但粒径偏大;1:2:1 粒径 ~80 nm 且 PDI < 0.2,可作为后续优化的起始条件。n=3。

FRR 1:2:1 给出了 ~80 nm 粒径 + PDI < 0.2 的组合,可以在此基础上进一步用 TFR、Sunny 类型等参数做精细优化。

脂质体 2:DMPC/Chol/DMG-PEG 2000,TFR 筛选

第二种脂质体用 DMPC:cholesterol:DMG-PEG 2000(摩尔比 2:1:0.05)的乙醇溶液做有机相。这次固定 FRR 3:1:1(A:O:D),变 TFR 从 2 到 5 mL/min,在 Sunny 100 XT + Sunny 190 XT 上合成。TFR 从 2 升到 5 mL/min,粒径从 133 nm 降到 109 nm,PDI 同步下降。

参数:设置

有机相 (O):DMPC:Chol:DMG-PEG 2000(2:1:0.05 摩尔比)/ 乙醇

水相 + 稀释液:1× PBS pH 7.4

FRR (A:O:D):3:1:1

TFR:2–5 mL/min(可变)

Sunny:100 XT + 190 XT

DMPC 脂质体粒径和 PDI 随 TFR 变化。TFR 从 2 升到 5 mL/min,粒径从 133 nm 降到 109 nm(降幅 18%),PDI 同步下降。FRR 固定 3:1:1。n=3。

mRNA-LNP(SM-102):FRR 6:1 时 EE% 达到 96%

用可电离脂质 SM-102 配制 mRNA-LNP:SM-102:DSPC:cholesterol:DMG-PEG 2000 = 50:10:38.5:1.5 摩尔比,乙醇溶液(总浓度 10 mM,SM-102 由 BroadPharm 供应)。水相为 Luciferase mRNA(4basebio PLC,89.44 µg/mL)在 50 mM 醋酸缓冲液 pH 4(nuclease-free)中,N/P = 6。TFR 固定 5 mL/min,不加在线稀释,FRR(A:O)从 2:1 变到 6:1。在 Sunny 190 XT 上合成,透析后(Pur-A-lyzer Midi Dialysis Kit,1 L PBS pH 7.4,3 小时)用 DLS 测粒径和 PDI。EE% 用 RiboGreen 法(Triton X-100 裂解后比较总 mRNA 和游离 mRNA 的荧光,FLUOstar Omega 酶标仪)。

FRR 从 2:1 升到 6:1,透析后粒径从 68 nm 降到 58 nm,PDI 均在 0.12 左右。包封率在所有条件下都超过 90%,FRR 6:1 时 EE% 达到 96%,是这组条件中最高的。

参数:设置

水相 (A):Luciferase mRNA / 50 mM 醋酸缓冲液 pH 4

有机相 (O):SM-102:DSPC:Chol:DMG-PEG 2000(50:10:38.5:1.5)/ 乙醇

稀释:无

FRR (A:O):2:1 → 6:1(可变)

TFR / N/P:5 mL/min / 6

Sunny:190 XT

mRNA-LNP 粒径和 PDI 随 FRR 变化。粒径从 68 nm(2:1)降到 58 nm(6:1),降幅 14.7%。PDI 均在 0.12 左右。透析后 DLS 测量。n=3。

mRNA EE% 随 FRR 变化。所有条件 EE% 均超过 90%,FRR 6:1 时 EE% 达到 96%(最高)。RiboGreen 法,n=3。

PolyA-LNP(DOTAP):TFR 从 5 升到 12 mL/min,粒径从 128 nm 降到 66 nm

用阳离子脂质 DOTAP 配制 LNP:DOTAP:DSPC:Chol:DMG-PEG 2000 = 40:10:47.5:2.5 摩尔比,乙醇溶液(总浓度 10 mM)。水相为 PolyA(Merck GE27-4110-01,64 µg/mL)在 50 mM 柠檬酸缓冲液 pH 6 中,N/P = 8。FRR 固定 3:1(A:O),带 PBS pH 7.4 在线稀释。TFR 从 5 到 12 mL/min。用 Sunny 490 Trident T(HFF 模式):PolyA 水相从芯片顶部线性接口进入后分成两路,从两侧和有机相在三叉口汇合。

参数:设置

水相 (A):PolyA (64 µg/mL) / 50 mM 柠檬酸 pH 6

有机相 (O):DOTAP:DSPC:Chol:DMG-PEG 2000(40:10:47.5:2.5)/ 乙醇

稀释液 (D):1× PBS pH 7.4

FRR (A:O) / N/P:3:1 / 8

TFR:5–12 mL/min(可变)

Sunny:490 Trident T

Sunny 490 Trident T 流路:水相从顶部线性接口进入后分成两路,在三叉口和有机/乙醇相汇合做 HFF 混合。可选在线稀释(底部第二个 Sunny)。

DOTAP LNP 粒径和 PDI 随 TFR 变化。粒径从 128 nm(5 mL/min)降到 66 nm(12 mL/min),PDI ~0.13,RSD < 4%。FRR 固定 3:1。n=3,误差棒 = SD。

两个通用规律:FRR 和 TFR 越高,粒径越小

5 种纳米颗粒的数据指向两个通用规律。FRR 越高(水相比例越大),粒径越小:有机相被稀释和聚焦,单位体积内的脂质或聚合物浓度降低,扩散混合时间缩短。TFR 越高,粒径也越小:流速升高,混合时间进一步缩短。

因此 FRR 和 TFR 都可以用来调粒径。用 Protocol Mode 找到最优工艺参数后,同一台 Sunshine 可以切换到连续模式,最多每天生产数十升纳米颗粒,用于临床前研究。