脂質(zhì)納米顆粒 (LNP) 作為一種藥物遞送系統(tǒng)，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》，簡要闡述了LNP制劑prescription研發(fā)過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(wěn)定性，除了緩沖體系的選擇外，開發(fā)凍干劑型也是一個具有潛力的研究方向，此前艾偉拓產(chǎn)品團隊也進行過多次分享。

 

本次艾偉拓產(chǎn)品團隊為您介紹來自比利時安特衛(wèi)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(wěn)定性

 

固體脂質(zhì)納米粒(Solid lipid nanoparticles，SLN)是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的亞微粒給藥系統(tǒng)，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(tǒng)。

 

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

 

上述不穩(wěn)定性問題可以通過凍干工藝除去水來避免，將固體脂質(zhì)納米顆粒(SLN)懸浮液轉(zhuǎn)化為固體凍干粉，從而提升制劑穩(wěn)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(wěn)定性

 

凍干可能會對固體脂質(zhì)納米顆粒產(chǎn)生一些不穩(wěn)定應(yīng)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(yīng)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，因為它們在冷凍過程中容易玻璃化，具有相對的化學(xué)惰性，并影響制劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg’和Tg)，這是優(yōu)化凍干工藝的重要參數(shù)。此外，糖類保護劑可以提高凍干蛋糕的再分散性。

 

該研究以塞來昔布為模型化合物，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(xiàn)，多元醇在維持粒徑方面效果差，尤其是甘露醇，三個濃度實驗組中SLN粒徑都未能維持在納米范圍內(nèi)。一種可能的解釋是甘露醇結(jié)晶導(dǎo)致低溫濃縮相分離，進而導(dǎo)致SLNP不穩(wěn)定。此外，甘露醇結(jié)晶和冰晶可以引發(fā)機械應(yīng)力，導(dǎo)致納米顆粒融合。

 

糖類作為低溫保護劑的性能優(yōu)于多元醇，糖類保護劑能更有效地保護固體脂質(zhì)納米顆粒免受凍干應(yīng)力的影響。在冷凍干燥過程中，由于納米顆粒被玻璃狀基質(zhì)包圍，糖類作為固體脂質(zhì)納米顆粒之間的間隔物，阻礙顆粒互相粘著，直到達到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。在干燥過程中，糖開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。

 

篩選實驗數(shù)據(jù)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(jù)顆粒大小、SF/SI比、zeta電位、凍干外觀等因素，選擇麥芽糖、蔗糖、海藻糖進行進一步凍干工藝優(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(wěn)定性。這是因為單糖在冷凍時結(jié)晶，導(dǎo)致保護劑和固體脂質(zhì)納米顆粒之間的相互作用更少。而雙糖可以在無定形狀態(tài)下固化，SLN和保護劑的無定形態(tài)有利于它們之間的氫鍵大化。

 

4、穩(wěn)定性研究

 

在6個月的時間里，對冷凍干燥的固體脂質(zhì)納米顆粒進行了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(jù)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(dāng)使用海藻糖作為低溫保護劑時，粒徑的增加不明顯，而當(dāng)使用蔗糖時，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。由于儲存過程中水分吸附，凍干制劑的Tg會降低到低于儲存溫度，從而導(dǎo)致制劑的不穩(wěn)定性加速。

 

用差示掃描量熱法（DSC）和x射線衍射對熱性能進行了表征。

 

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(jié)果顯示，塞來昔布在所有時間點都沒有出現(xiàn)吸熱融化峰，說明塞來昔布處于無定形狀態(tài)或被包裹在固體脂質(zhì)納米顆粒中處于溶解狀態(tài)。

 

麥芽糖實驗組在6個月后出現(xiàn)了麥芽糖的吸熱熔化峰，表明麥芽糖已經(jīng)從無定形轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶性質(zhì)。

 

蔗糖實驗組保存3個月后，兩種溫度下樣品均出現(xiàn)塞來昔布吸熱峰，說明以蔗糖為保護劑的SLN凍干制劑在保存過程中不穩(wěn)定。

 

 

穩(wěn)定性研究的DSC熱像圖;

(A)海藻糖;(B)麥芽糖;(C)蔗糖

 

用x射線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程中的結(jié)晶會使固體脂質(zhì)納米顆粒不穩(wěn)定，因為固體脂質(zhì)納米顆粒和無定形狀態(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(wěn)定性。在25℃的儲存溫度下，各實驗組特征峰強度均減弱，表示樣品發(fā)生聚集，這意味著凍干固體脂質(zhì)納米顆粒在25℃不穩(wěn)定，與DSC結(jié)果一致。

 

穩(wěn)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(xiàn)出大的穩(wěn)定性。

 

此外，海藻糖作為凍干保護劑在所有參數(shù)上都表現(xiàn)出佳的效果，包括小的粒徑、佳的zeta電位和高的包封效率。這可以通過海藻糖與其他糖相比的優(yōu)勢來解釋，例如較高的水合性，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定形的。這些結(jié)果和DSC熱圖很好地吻合，證實海藻糖作為凍干保護劑在4℃的儲存溫度下表現(xiàn)出對固體脂質(zhì)納米顆粒具有優(yōu)良的穩(wěn)定保護作用。

 

5、小結(jié)

 

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

 

經(jīng)過早期篩選與6個月穩(wěn)定性研究，明確10種糖類與多元醇保護劑中，海藻糖對塞來昔布固體脂質(zhì)納米顆粒的凍干保護效果佳，可在4℃下實現(xiàn)穩(wěn)定儲存。

 

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

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。