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脂質體制備
2019.10.22   點擊366次

1、囊泡形成的機制

當脂質薄膜或脂質結塊發生水合并且堆疊的液晶態雙層膜變得具有流動性和膨脹時,會形成脂質體(脂質囊泡)。水合的脂質層在攪拌期間分離并自我密合形成龐大的多層囊泡(LMV),LMV可防止水與雙層膜的碳氫化合物核心在邊緣發生相互作用。一旦形成這些顆粒,將需要聲能(超聲)或機械能(擠出)形式的能量輸入才能減小粒徑。

圖片來源:Lasic, D.D., Recherche 20, 904, 1989

圖片來源:Lasic, D.D., Recherche 20, 904, 1989

2、脂質體制備方法

脂質配方的性質取決于具體成分(陽離子、陰離子和中性脂質)。但是,同一種制備方法適用于所有成分的脂質囊泡。制備流程的一般要素包括制備用于水合的脂質、攪拌水合以及減小粒徑,從而獲得均勻分布的囊泡。

A、制備用于水合的脂質

當用混合脂質成分制備脂質體時,必須先溶解脂質并混合于有機溶劑中,以確保獲得均勻的脂質混合物。通常,該過程使用氯仿或氯仿:甲醇混合液完成。目的在于使脂質完全混合,獲得澄清的脂質溶液。一般情況下,脂質溶液的制備濃度為10-20mg脂質/ml有機溶劑,但是,在脂質溶解度和混合程度可接受的情況下,也可使用更高濃度。一旦脂質充分混合于有機溶劑中,則除去溶劑以產生脂質薄膜。對于小體積有機溶劑(< 1mL),可在通風櫥內使用干燥氮氣流或氬氣流蒸發溶劑。對于大體積有機溶劑,應通過旋轉蒸發除去有機溶劑,從而在圓底燒瓶內壁形成脂質薄膜。將樣品瓶或燒瓶放在真空泵上過夜,去除殘留有機溶劑,使脂質薄膜完全干燥。如果對使用氯仿有異議,也可以選擇使用叔丁醇或環己烷溶解脂質。將脂質溶液轉移到容器中,并將容器放在干冰塊上或在干冰-丙酮或酒精(乙醇或甲醇)浴中旋轉,使其凍結。使用酒精浴時,應確認容器能夠承受突然的溫度變化而不發生破裂。隨后,將完全凍結的脂質結塊放到真空泵上凍干,直至完全干燥(1-3天,具體取決于溶劑體積)。脂質結塊的厚度不應超過凍干容器的直徑。干燥的脂質薄膜或結塊可從真空泵上取下,將容器牢固密封并冷凍儲存,直至用于水合。

制備用于水合的脂質

B、脂質薄膜/結塊的水合

只需在干燥脂質的容器中加入水介質并攪拌,即可完成干燥脂質薄膜/結塊的水合。水合介質的溫度應高于脂質的凝膠-液晶相轉變溫度(Tc或Tm),在加入到干燥脂質中之前具有最高Tc。加入水合介質后,脂質懸浮液溫度在水合期間應保持在Tc以上。對于高轉變溫度的脂質,只需將脂質懸浮液轉移到圓底燒瓶中,并將燒瓶放在無真空抽吸的旋轉蒸發系統上。在溫度始終高于脂質懸浮液Tc的溫水浴上旋轉圓底燒瓶,可使脂質在充分攪拌的流動狀態下發生水合。水合時間取決于脂質種類和結構,但是,強烈建議在劇烈振蕩、混合或攪拌條件下水合1小時。此外,在減小粒徑之前將囊泡懸浮液靜置過夜(老化),可以簡化減小粒徑過程并提高粒徑分布的均勻度。不建議對高轉變溫度的脂質進行老化處理,因為脂質的水解會隨溫度升高而增加。

水合介質通常由脂質囊泡的應用決定。合適的水合介質包括蒸餾水、緩沖液、生理鹽水和非電解質溶液,如糖溶液。建議體內應用采用生理滲透壓(290 mOsm/kg)。滿足這些條件的普遍接受的溶液為0.9%生理鹽水、5%葡萄糖和10%蔗糖溶液。在水合期間,一些脂質將形成結構獨特的復合物。當使用低離子強度溶液水合時,可觀察到高電荷脂質形成粘性膠體。縮略圖。通過添加鹽或減小脂質懸浮顆粒的粒徑,可緩解這個問題。磷脂酰乙醇胺等水合較差的脂質傾向于在水合中自我聚集。包含超過60 mol%磷脂酰乙醇胺的脂質囊泡,可形成在囊泡周圍有一小層水合層的顆粒。隨著顆粒相互靠近,阻擋顆粒靠近的水合排斥作用消失,兩層膜形成能量井,進而粘附并形成聚集物。聚集物從溶液中沉淀出來并形成龐大的絮狀物,通過攪拌可使其分散,但靜置后將重新聚集。水合產物是一種龐大的多層囊泡(LMV),結構與洋蔥類似,每個脂質雙分子層均被水層分離。脂質層之間的空間由多水合層成分填充,其比由靜電排斥力分離的高電荷層靠得更近。一旦產生了穩定的水合LMV懸浮液,即可通過多種技術減小粒徑,包括超聲法或擠出法。

減小脂質懸浮顆粒的粒徑

i、超聲法

利用聲能(超聲法)破壞LMV懸浮顆粒,通常可產生較小的單層囊泡(SUV),直徑范圍為15-50nm。最常見的超聲顆粒制備儀器是水浴超聲儀和探頭超聲儀。杯-角型超聲儀盡管不常用,但已成功制備SUV。探頭超聲儀可向脂質懸浮顆粒傳輸高能量,但會對脂質懸浮顆粒過度加熱,導致降解。超聲探頭會向脂質懸浮顆粒中釋放鈦顆粒,使用前必須通過離心將其去除。因此,水浴超聲儀是最常用的SUV制備儀器。通過將裝有懸浮液的試管放到水浴超聲儀中(或將超聲探頭放到試管中),在超過脂質Tc的溫度條件下超聲5-10分鐘,即可完成對LMV分散系統的超聲處理。脂質懸浮液應產生稍微模糊的透明溶液。模糊是由懸浮液的殘留大顆粒誘導光散射造成的。通過離心可去除這些顆粒,從而獲得澄清的SUV懸浮液。平均粒徑和分布將受到成分和濃度、溫度、超聲時間和功率、體積和超聲儀調諧的影響。由于超聲條件幾乎不可能復制,因此,不同時間產生的不同批次通常具有粒徑差異。此外,由于這些膜高度彎曲,因此,SUV本身并不穩定,當儲存在低于其相轉變溫度的環境中時,將自發融合形成大型囊泡。

ii、擠出法

脂質擠出法通過用力擠壓脂質懸浮液,使其通過指定孔徑的聚碳酸酯濾膜,從而產生粒徑與所用濾膜孔徑相近的顆粒。在擠壓通過最終孔徑濾膜之前,可通過多次凍融循環或使用較大孔徑濾膜(通常為0.2μm-1.0μm)預先過濾懸浮液,使LMV懸浮顆粒破碎。該方法有助于防止膜污染并提高最終所得懸浮液的粒徑分布均一性。與所有減小LMV分散系統粒徑的方法相同,擠出法采用的溫度應高于脂質的Tc。若擠出溫度低于Tc,則濾膜可能會被無法通過膜孔的硬質膜堵塞,導致擠出失敗。使用孔徑為100nm的濾膜擠出,通常可產生較大的單層囊泡(LUV),平均孔徑為120-140nm。平均粒徑還取決于脂質成分,并且具有非常高的批次間重現性。

參考文獻

This was written by Dr. Stephen Burgess, Chief Scientific Officer at Avanti® Polar Lipids, in 1998.

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