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《纳米研究》倒置显微镜MI52-N助力中科大研究团队开发核酸药物脂质纳米颗粒

2024-11-30
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近日，中国科学技术大学的研究团队开发出了一种新型的核酸药物脂质纳米颗粒，这种颗粒可以在倒置显微镜MI52-N下观察到，为核酸药物的研究和应用提供了新的思路和方法。

核酸药物作为一种全新的生物治疗手段备受关注。其中，脂质纳米粒（LNPs）作为核酸药物的传递系统，因其高效性备受瞩目。然而，LNPs在临床应用上面临着一个严峻的挑战：如何实现从早期开发到临床应用的稳健的制备规模放大。

目前，可规模放大的合成LNPs方法主要分为并行化策略和通道尺寸扩大策略。然而，并行化策略需要依赖复杂的系统搭建，并且在大规模生产时难以保持LNPs稳定性；而通道尺寸扩大策略尽管能够实现稳定的大规模生产，但很难在不同流速下保持一致的粒径和尺寸分布。因此，我们迫切需要一种创新性的方法，既能保证可扩展合成，又能保持LNPs的一致性和稳定性。

为此，中科大工程学院褚家如教授团队的李保庆副教授与生命科学与医学部田长麟教授团队经过深入研究，提出了一种“等比例缩放通道尺寸”的可扩展化脂质纳米粒子合成策略。该策略通过在三个维度上等比例缩放惯性微流体混合器，实现了LNPs的可扩展合成。同时，我们基于流体力学的相似性理论并利用无量纲分析开发了一种理论预测方法，通过控制混合时间在不同芯片上保持一致，确保合成的LNPs具有一致的粒径和尺寸分布。这一创新性方法为LNPs的大规模生产提供了实际可行的途径，加速了核酸药物研发向临床应用的转化。相关成果发表在Nano Research上。中国科学技术大学博士生马泽森和童海洋为该论文共同第一作者。

以下结果图片均截取自文中（使用广州明美的倒置显微镜MI52-N拍摄）

图1 使用惯性混合器表征混合特性和微调脂质纳米粒子的大小。(a) 不同流速比下混合时间与总流速的函数关系。实线表示完全混合，虚线表示不完全混合。在本实验中，混合器的通道尺寸为 250 μm，混合时间是通过明美倒置显微镜拍摄后进行计算。(b) 不同混合时间下 C12-200 LNPs 和中性 LNPs 的平均粒径，使用 250 μm 的混合器，FRR 为 5:1结果为三个独立批次的平均值 ± SD。

图2 惯性流混合器中流动状态和混合特性的演变。(a) 前三个混合元件中流体在层流（Re= 25和 132）和湍流（Re= 396）时的流动俯视图，使用明美倒置显微镜拍摄。(b) 不同流动距离下混合物流的混合指数。不同流动距离下的混合指数，FRR 为 5:1。混合指数用于评估混合过程，0.95 的值被设定为可接受的完全混合下限。(c) 不同流速比下混合时间与雷诺数的函数关系。实线表示完全混合，虚线表示不完全混合。所用混合器的通道尺寸为 250 微米。

图3通道尺寸为100、250和500μm的混合器的前两个混合元件的流态俯视图。流动状态包括层流（Re=25和132）、瞬态流（Re=264）和湍流（Re=396）。图像经过数字处理以增强对比度。将溶解有黑色染料（0.025g/mL）作为示踪剂的去离子水和乙醇以3:1的FRR泵入混合器中。流动方向是从左到右。

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