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【艾分享-06 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(四)

更新时间:2024-07-05  |  点击率:161

脂质体的粒径控制(四):挤出技术


| 导读 |

前面几篇文章已经对脂质体粒径控制方法中的“高压均质"技术作了较为详细的介绍,而总体来说,高压均质机设备,无论是均质阀式还是微射流容腔式,由于其所使用的压力都非常高,作用过程相对比较“暴力",所以往往难以从源头上对脂质体样品的分布做比较有效的控制。且从流体分析角度很难从均质技术中提炼出关于控制脂质体粒径均一性的理论知识。所以,为能有效的对脂质体的分布进行控制,且提升其放大至生产规模时的工艺可行性、重现性,Columbia University和Northern Lipids公司约于20多年前合作开发了脂质体挤出技术并将其成功应用于阿霉素脂质体生产中的粒径控制,效果远远好于同时期的其他产品和技术



脂质体挤出技术充分利用了脂质体膜材的结构和性能特点,在略高于磷脂相变温度的条件下,通过一定的压力驱动,使脂质体粒子通过聚碳树脂滤膜,通过膜材的剪切力来减小脂质体粒径,控制其分布。由于聚碳酸酯滤膜的孔径固定(如50nm,100nm等),可有效确保脂质体粒子在通过滤膜后其粒径大小集中在滤膜孔径大小的附近,一般在±10%的波动范围内(有相关文献已对此进行了较为详细阐述和计算说明),所以工艺选择得好时,挤出技术可将脂质体的粒径分布控制在非常窄的范围内(一般PDI可到0.01~0.03之间)。而如何选择一个比较好的脂质体挤出工艺往往涉及到三个非常重要的因素:挤出温度挤出压力挤出滤膜的选择



挤 出 温 度



【艾分享-06 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(四)

由于脂质体是一种人工合成的类似于细胞膜的质膜结构,其主要成分是磷脂和胆固醇。磷脂都有一定的相变温度,当脂质体温度在磷脂相变温度时,质膜的流动性较好,表现为柔性,此时通过PC滤膜较为温和的剪切力即可有效的减小脂质体粒径,并使其分布控制在很好的范围之内。


反之,若挤出过程温度过高或者过低均得不到理想的效果。当温度过高时,脂质体膜的微观流动性大,稳定性差,在通过PC滤膜时,即使较低的剪切力也容易造成脂质体膜结构的损坏,造成脂质体的破碎和药物的泄露;若挤出过程温度过低时,脂质体粒子膜流动性差,刚性强,过膜时会有大部分粒子是强行将膜孔撑大后挤出,其粒径大小和分布并未得到有效的控制。


所以,在选择挤出技术作为脂质体粒径控制的方法时,一定要对温度做有效的控制。一是温度的范围,不能过高或过低;二是样品所经过或接触的挤出设备相关部位要实现恒温控制,不能有太大的温度差异



挤 出 压 力



【艾分享-06 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(四)

挤出压力即为脂质体过膜时所受到的剪切力。此剪切力的大小直接决定了脂质体粒径控制的效果。而如前文“挤出温度"部分所述,脂质体粒子在过膜时柔性较强,也容易发生形变,所以过滤的速度就显得尤为重要。如果过膜的速度过慢,则脂质体粒子有可能是通过发生形变的方式通过挤出膜,过膜后即恢复原状,其粒径大小并未发生实质性改变;如果过膜的速度过快,则有可能因表面切应力的骤变过于剧烈而导致脂质体粒子破坏,造成结构的损坏。而此过膜的速度取决于挤出的压力。

所以,如何选择一个合适的挤出压力就非常重要。总体原则是在不损坏脂质体粒子结构的前提下,尽量提高压力,这样挤出的速度快,效果也好。作为挤出压力的动力提供源既可以是高压气体,也可以是高压泵,两者在具体选择和使用时也有所差别,此部分内容将在后续文章中做详细介绍。



挤 出 温 度


【艾分享-06 · 脂质体制备 · 工艺设备篇】脂质体的粒径控制(四)

挤出滤膜是脂质体挤出的动作执行者,也是挤出压力的产生者,其对挤出效果的优劣有着至关重要的作用。一般来说,对于某一个脂质体样品的挤出,既可以选择单张滤膜的梯度挤出方式,也可采用多层滤膜的叠加方式,可根据实际工艺需求选择最·方案。


一般来说,在选择脂质体挤出滤膜的孔径时,需先测定挤出前脂质体样品的原始粒径,并与最终所需达到的目标粒径相结合进行考虑,然后确定选择何种滤膜。举例来说,如果样品原始粒径为400nm,最终粒径需要到80nm以下,则可初步考虑两种方案进行粒径控制:

第一、采用单层膜的梯度挤出

此时,可先用200nm的滤膜进行挤出,观察其挤出过程,若样品非常难挤出,则需更换为400nm滤膜作第一次挤出;若挤出过程比较顺畅,则就用200nm滤膜作为第一次挤出用膜,挤出次数一般建议3~5次,可在后续工艺过程中进行优化;200nm滤膜挤出完成后,可选用80nm或50nm的滤膜进行挤出,其摸索过程同上,若样品无法挤出则中间需增加100nm滤膜作为过渡。

用此方法进行挤出时,选择原则是在能达到脂质体粒径控制效果的前提下,所选用的滤膜种类尽量少,这样可以大大简化操作过程,且更利于产业化放大。

第二、采用多层膜的叠加挤出

此时,由于其原始粒径为400nm,目标粒径为80nm,则多层膜叠加时最大孔径的滤膜不大于400nm,最小的孔径不大于80nm,中间可适当选择过渡孔径的滤膜。如:可采用400nm+100nm+80nm、200nm+100nm+50nm、200nm+80nm、200nm+50nm、100nm+80nm、100nm+50nm等方式进行膜的组合。


此种方式的优势在于通过一种膜组合即可完成挤出过程,达到所需效果,中途不需要更换滤膜;其难点在于膜组合的方式比较多,如何选择合适的膜组合需要结合脂质体的类型进行合理设计,并在实际实验过程中逐步优化至最终确定。


总  结


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挤出技术的关键点主要就是如上所述的三点:挤出温度、挤出压力、挤出滤膜的选择。然而不同类型的脂质体特性差异较大,挤出设备的种类也较多,如何针对特定的项目选择最合适的挤出设备和挤出工艺往往需要将诸多因素结合起来考虑,然后再确定。


下一篇文章将对此进行介绍,欢迎大家持续关注~

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未完待续