中南大學《Nano Letters》：微流控聲空化器件精準調控脂質體粒徑分布

脂質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特性，延長藥物的循環時間，減少藥物的毒副作用，已被廣泛應用于抗腫瘤藥物遞送、基因治療、醫學成像等領域。值得注意的是，脂質體的粒徑對于脂質體在體內的血液循環、細胞攝取和組織滲透等方面都發揮著重要作用，因此，對脂質體藥物的藥效學和藥代動力學產生重要的影響。

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

近期，中南大學湘雅醫院皮膚科、芙蓉實驗室、中南大學機電工程學院等研究團隊在《Nano Letters》（IF=9.6）期刊上在線發表題為“Cavitation-on-a-Chip Enabled Size-Specific Liposomal Drugs for Selective Pharmacokinetics and Pharmacodynamics"的原創性論著。該研究發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）的條件下精確調節脂質體藥物的粒徑分布。該方法制備的不同粒徑分布的脂質體藥物在荷瘤動物和黑色素瘤患者衍生的類器官模型中，均表現出差異性的藥物分布和抗腫瘤功效，揭示了該方法在調節藥效學和藥代動力學方面具有巨大的應用潛力。據悉，這項研究的第一作者和第一通訊作者單位均為中南大學。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；中南大學湘雅醫院皮膚科陳翔教授、趙爽副研究員、中南大學機電工程學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（nanoArch®S140，精度：10μm）制作了微流控混合芯片，并通過仿真計算設計了超聲換能器，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溶液的流率比的條件下，使用可控的聲空化效應在脂質體的合成過程中對脂質體的粒徑進行直接調控。

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體藥物，結果顯示，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體。

作者進一步使用合成的不同粒徑載藥脂質體進行了細胞攝取、小動物光聲成像、小動物活體熒光成像研究。結果表明，不同粒徑分布的脂質體具有明顯差異性的細胞攝取和體內分布。有趣的是，相比于大粒徑的ICG脂質體，小粒徑的ICG脂質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。結果表明，相比于大粒徑的脂質體藥物，由于小粒徑的脂質體藥物具有更明顯的腫瘤富集效率，因此呈現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體藥物的類器官攝取和毒性實驗。結果表明，小粒徑的脂質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構的條件下對脂質體進行精準的粒徑調控。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體，能夠滿足生物醫藥領域對脂質體藥物粒徑分布的多樣化需求。