固體脂質(zhì)納米顆粒（SLNP）凍干保護劑篩選與凍干工藝優(yōu)化

脂質(zhì)納米顆粒 (LNP) 作為一種藥物遞送系統，因novel coronavirusmRNA疫苗廣受關(guān)注。此前，艾偉拓產(chǎn)品團隊已圍繞LNP的脂質(zhì)組分，非脂質(zhì)組分，靶向遞送，制劑prescription等方面進(jìn)行了深度解讀。

上一期，我們分享了《mRNA-LNP制劑中緩沖體系的篩選與評估》，簡(jiǎn)要闡述了LNP制劑prescription研發(fā)過(guò)程中緩沖體系選擇的重要性。

為提升脂質(zhì)納米顆粒制劑的穩定性，除了緩沖體系的選擇外，開(kāi)發(fā)凍干劑型也是一個(gè)具有潛力的研究方向，此前艾偉拓產(chǎn)品團隊也進(jìn)行過(guò)多次分享。

本次艾偉拓產(chǎn)品團隊為您介紹來(lái)自比利時(shí)安特衛普大學(xué)的研究者們發(fā)表在International Journal of Pharmaceutics（國際藥劑學(xué)雜志）上的，關(guān)于固體脂質(zhì)納米顆粒（Solid lipid nanoparticles，SLN）凍干保護劑篩選與凍干工藝優(yōu)化的新研究成果。

1、凍干可提升SLN制劑穩定性

固體脂質(zhì)納米粒(Solid lipid nanoparticles，SLN)是20世紀90年代初發(fā)展起來(lái)的亞微粒給藥系統，是指粒徑在10～1000 nm，以毒性低、生物相容性好、生物可降解的固態(tài)天然或合成的類(lèi)脂為載體，將藥物吸附或包裹于脂質(zhì)膜中制成的納米給藥系統。

固體脂質(zhì)納米顆粒通常懸浮于水溶液中。當長(cháng)期儲存時(shí)，它們在物理和化學(xué)上是不穩定的。這些不穩定性阻礙了藥物開(kāi)發(fā)。

上述不穩定性問(wèn)題可以通過(guò)凍干工藝除去水來(lái)避免，將固體脂質(zhì)納米顆粒(SLN)懸浮液轉化為固體凍干粉，從而提升制劑穩定性，便于存儲和運輸。

2、凍干SLN需添加凍干保護劑以提升穩定性

凍干可能會(huì )對固體脂質(zhì)納米顆粒產(chǎn)生一些不穩定應力。冷凍保護劑和/或凍干保護劑通常添加到制劑prescription中，以保護納米載體免受這些冷凍干燥應力的影響，并維持固體脂質(zhì)納米顆粒的理化性質(zhì)與生物學(xué)活性。

選擇的保護劑是糖類(lèi)，因為它們在冷凍過(guò)程中容易玻璃化，具有相對的化學(xué)惰性，并影響制劑的玻璃化轉變溫度(Tg’和Tg)，這是優(yōu)化凍干工藝的重要參數。此外，糖類(lèi)保護劑可以提高凍干蛋糕的再分散性。

該研究以塞來(lái)昔布為模型化合物，包裹在固體脂質(zhì)納米顆粒中。

3、凍干保護劑種類(lèi)和濃度的篩選

基于此前文獻報道，從以下10種保護劑中，篩選合適的品種和濃度：

10種低溫保護劑：

三種單糖(葡萄糖、果糖和甘露糖)、四種雙糖(海藻糖、麥芽糖、蔗糖和乳糖)和三種多元醇(甘露醇、山梨醇和甘油)；

三種不同濃度:

0.5:1、1:1和1.5:1(冷凍保護劑:脂質(zhì)重量比)。

研究發(fā)現，多元醇在維持粒徑方面效果差，尤其是甘露醇，三個(gè)濃度實(shí)驗組中SLN粒徑都未能維持在納米范圍內。一種可能的解釋是甘露醇結晶導致低溫濃縮相分離，進(jìn)而導致SLNP不穩定。此外，甘露醇結晶和冰晶可以引發(fā)機械應力，導致納米顆粒融合。

糖類(lèi)作為低溫保護劑的性能優(yōu)于多元醇，糖類(lèi)保護劑能更有效地保護固體脂質(zhì)納米顆粒免受凍干應力的影響。在冷凍干燥過(guò)程中，由于納米顆粒被玻璃狀基質(zhì)包圍，糖類(lèi)作為固體脂質(zhì)納米顆粒之間的間隔物，阻礙顆?；ハ嗾持?zhù)，直到達到玻璃化轉變溫度。在干燥過(guò)程中，糖開(kāi)始與納米顆粒表面的極性基團形成氫鍵，作為水分子的替代品。

篩選實(shí)驗數據表明，重量比為1:1(保護劑:脂質(zhì))是有效的保護劑濃度。根據顆粒大小、SF/SI比、zeta電位、凍干外觀(guān)等因素，選擇麥芽糖、蔗糖、海藻糖進(jìn)行進(jìn)一步凍干工藝優(yōu)化。

值得注意的是，所選擇的三種保護劑都是雙糖，與其他文獻中描述的一致，雙糖比單糖更能保持脂質(zhì)納米顆粒的穩定性。這是因為單糖在冷凍時(shí)結晶，導致保護劑和固體脂質(zhì)納米顆粒之間的相互作用更少。而雙糖可以在無(wú)定形狀態(tài)下固化，SLN和保護劑的無(wú)定形態(tài)有利于它們之間的氫鍵大化。

4、穩定性研究

在6個(gè)月的時(shí)間里，對冷凍干燥的固體脂質(zhì)納米顆粒進(jìn)行了zeta電位、粒徑、包裹效率、熱性能和剩余水分含量的評估。加入不同冷凍保護劑(海藻糖、麥芽糖和蔗糖)的冷凍干燥固體脂質(zhì)納米顆粒在4±2℃和25±2℃/60±2% RH下保存。

根據粒徑和SF/SI比，固體脂質(zhì)納米顆粒冷凍干燥的佳儲存溫度為4℃。當使用海藻糖作為低溫保護劑時(shí)，粒徑的增加不明顯，而當使用蔗糖時(shí)，粒徑的增加明顯。

測定了凍干制劑的殘余水分含量。儲存1個(gè)月后，在兩種儲存溫度下所有配方的含水量均增加。25℃下樣品含水量的增加比在4℃下更為突出。這可能是由于膠塞中的水分釋放和西林瓶密封性不足等。由于儲存過(guò)程中水分吸附，凍干制劑的Tg會(huì )降低到低于儲存溫度，從而導致制劑的不穩定性加速。

用差示掃描量熱法（DSC）和x射線(xiàn)衍射對熱性能進(jìn)行了表征。

使用海藻糖作為保護劑的固體脂質(zhì)納米顆粒在4℃下保存的結果顯示，塞來(lái)昔布在所有時(shí)間點(diǎn)都沒(méi)有出現吸熱融化峰，說(shuō)明塞來(lái)昔布處于無(wú)定形狀態(tài)或被包裹在固體脂質(zhì)納米顆粒中處于溶解狀態(tài)。

麥芽糖實(shí)驗組在6個(gè)月后出現了麥芽糖的吸熱熔化峰，表明麥芽糖已經(jīng)從無(wú)定形轉變?yōu)榻Y晶性質(zhì)。

蔗糖實(shí)驗組保存3個(gè)月后，兩種溫度下樣品均出現塞來(lái)昔布吸熱峰，說(shuō)明以蔗糖為保護劑的SLN凍干制劑在保存過(guò)程中不穩定。

穩定性研究的DSC熱像圖;

(A)海藻糖;(B)麥芽糖;(C)蔗糖

用x射線(xiàn)衍射研究了晶體的晶格和多晶的表征。凍干保護劑在儲存過(guò)程中的結晶會(huì )使固體脂質(zhì)納米顆粒不穩定，因為固體脂質(zhì)納米顆粒和無(wú)定形狀態(tài)的冷凍保護劑能夠更好地形成氫鍵，從而更好的提升SLN穩定性。在25℃的儲存溫度下，各實(shí)驗組特征峰強度均減弱，表示樣品發(fā)生聚集，這意味著(zhù)凍干固體脂質(zhì)納米顆粒在25℃不穩定，與DSC結果一致。

穩定性的XRD譜圖研究;

(A)海藻糖;(B)麥芽糖;(C)蔗糖

總之，基于顆粒大小，zeta電位和熱性能，在4℃下儲存的冷凍干燥固體脂質(zhì)納米顆粒表現出大的穩定性。

此外，海藻糖作為凍干保護劑在所有參數上都表現出佳的效果，包括小的粒徑、佳的zeta電位和高的包封效率。這可以通過(guò)海藻糖與其他糖相比的優(yōu)勢來(lái)解釋?zhuān)巛^高的水合性，較高的Tg '和較小的吸濕性。

此外，在4℃下，所有SLN配方的XRD圖譜都證明了凍干餅是無(wú)定形的。這些結果和DSC熱圖很好地吻合，證實(shí)海藻糖作為凍干保護劑在4℃的儲存溫度下表現出對固體脂質(zhì)納米顆粒具有優(yōu)良的穩定保護作用。

5、小結

該研究中，研究者以塞來(lái)昔布為模型化合物，包裹在固體脂質(zhì)納米顆粒(Solid lipid nanoparticles，SLN)中。進(jìn)行了凍干保護劑篩選與凍干工藝優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)早期篩選與6個(gè)月穩定性研究，明確10種糖類(lèi)與多元醇保護劑中，海藻糖對塞來(lái)昔布固體脂質(zhì)納米顆粒的凍干保護效果佳，可在4℃下實(shí)現穩定儲存。

希望相關(guān)研究思路及結果，可以作為其他LNP制劑凍干時(shí)的參考。

下一期，我們將探討凍干/冷凍對緩沖體系pH的影響，敬請期待。