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Sartorius超濾產(chǎn)品在生物醫(yī)學(xué)納米載體制備中的應(yīng)用
Hannes Landmann博士，Sartorius Lab Instruments(德國哥廷根)
Kristin Menzel博士、科學(xué)作家(德國哥廷根)
1908年,，Paul Ehrlich受到“Zauberkugel”概念的啟發(fā)，在理論上描述了將毒性藥物組裝到所謂的“納米載體”上,。1 如今,，納米載體已在現(xiàn)代?醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域有多種應(yīng)用。這些特殊納米材料的一項關(guān)鍵應(yīng)用就是藥物定向輸送,，它們可發(fā)揮藥物活性成分轉(zhuǎn)運模塊 (即：納米顆粒,、囊泡或膠束) 的作用。2,3,4,5人們推測這種方式與傳統(tǒng)給藥方法相比對人體更為有效,，且毒性更低,。6除了藥物輸送外，過去數(shù)十年間還發(fā)展出其他一些應(yīng)用納米載體的領(lǐng)域,，例如利用金屬納米顆粒進行磁共振成像或干細胞基因治療,，7,8 或者利用量子點進行光學(xué)成像。9
納米載體可以按照其初始材料 (即,；金屬,、脂質(zhì)、聚合物和蛋白) 以及制成后的構(gòu)成 (即：囊泡,、顆粒和膠束) 進行分類,。一般而言，水性介質(zhì)中納米顆?；鞈乙夯蚰遗莘稚⒁旱闹苽浒ㄈ齻€步驟：a) 納米載體組裝 (例如通過注射,、薄膜水化或反相蒸發(fā))、b) 純化 (例如：色譜,、透析或超濾) 和 c) 濃縮 (如超濾或蒸發(fā)),。
這份短篇綜述舉例介紹了近期關(guān)于納米載體制備的一些文獻。重點介紹了濃縮和純化步驟,，該步驟使用不同孔徑 (相應(yīng)的截留分子量 (MWCO)) 的Sartorius Vivaspin® 或Vivaflow® 設(shè)備通過超濾完成,。Vivaspin® 系列產(chǎn)品的體積范圍是從0.5 mL至20 mL，而Vivaflow® 系統(tǒng)則涵蓋了從0.05升到5升的范圍,。因此,，Sartorius能夠處理的樣本體積、膜材料和MWCO范圍,，可滿足不同預(yù)期用途的需求,。這方面的挑戰(zhàn)包括合成后的緩沖液更換、脫鹽和清洗10,11,、去除溶解的化合物12,13,14 或聚集物,。15
純化過程十分重要，通過純化可以達到等滲狀態(tài),，以便在體內(nèi)應(yīng)用時避免發(fā)生聚集或凝聚,，還可去除毒性藥物,、配體或其他可能引起副作用的物質(zhì)。濃縮步驟的重要意義在于調(diào)節(jié)藥物中活性成分的含量,，以便達到預(yù)期的治療或診斷效果,。
純化時，通過分子排阻色譜 (SEC) 將游離物質(zhì) (起始材料) 與預(yù)期得到的納米載體分離,，這不可避免地導(dǎo)致產(chǎn)物稀釋,，并且需要后續(xù)的濃縮步驟。相比之下,，透析過濾純化時不會導(dǎo)致顯著的稀釋,，但如果需要較高的納米載體濃度，仍需要使用濃縮步驟,。兩種分離方法均需要大量昂貴且耗時的手工操作。通過Vivaspin® 離心或者使用Vivaflow® 系統(tǒng)的蠕動泵進行超濾可克服這一缺點,。該技術(shù)成本較低,，操作迅速，人工操作極少,。值得一提的是,，純化和濃縮步驟可同時進行。16
納米載體純化后,，通常需要測定載藥量 (偶聯(lián)或包囊效率),。偶聯(lián)或包囊效率是描述和鑒定納米載體的一個參考值。其他重要性質(zhì)包括ζ電位和粒徑分布,，后者可通過光子相關(guān)光譜 (PCS),、高分辨率傳遞電子顯微鏡 (HRTEM) 成像或動態(tài)光散射 (DLS) 測定。在進行這些不同的鑒定前,，需要成功地對混懸液或分散液進行純化和濃縮,。
下表為您概括列出了使用超濾步驟對各種納米載體進行純化和濃縮的文獻。該表還可指導(dǎo)您使用多大的MWCO,。
表1匯總了使用Sartorius Vivaspin® 或Vivaflow® 進行納米載體超濾的應(yīng)用示例：
納米載體：納米顆粒,、囊泡、膠束 | 通過 (HR)TEM或DLS獲得粒徑分布,，通過PCS或其他方法獲得Z-平均值 (如有報道) | 應(yīng)用 |
來自金屬,、金屬氧化物和功能化金屬的納米顆粒 | ||
帶有含順鉑聚合物涂層的氧化鐵納米顆粒 | SD：4.5 ± 0.9 nm (X-射線衍射分析法) | 磁共振成像 |
功能化氧化鐵納米顆粒 | SD：38和40 nm (DLS法) | 干細胞基因治療和追蹤 |
金納米顆粒 | SD：0.8 – 10.4 nm (原子力顯微鏡法) | 抗菌活性 |
蛋白包被的金納米顆粒 | SD：15和80 nm (TEM法) | 藥物輸送 |
功能化金納米顆粒 | 核心SD：2 nm (TEM法) | 靶向成像工具和抗原輸送 |
功能化釓納米顆粒
| Z-平均值：1.1 ± 0.6 nm和4 – 14 nm | 診斷和治療應(yīng)用 |
功能化納米晶體
| SD：10 to 20 nm | 量子點成像 |
來自聚合物、功能化聚合物和高分子囊泡的納米顆粒 | ||
聚合物納米顆粒 | 藥物輸送 | |
凝膠多糖包被的聚合物納米顆粒 | Z-平均值：280 – 480 nm,，具體取決于組成 | 巨噬細胞刺激活性和藥物輸送 |
多西紫杉醇-羧甲纖維素聚合物納米顆粒 | Z-平均值：118 ± 1.8 nm | 抗癌功效研究 |
功能化高分子囊泡 | Z-平均值：185 nm | 表面功能化研究 |
脂質(zhì)納米顆粒和脂質(zhì)體 | ||
脂質(zhì)體和膠束 | Z-平均值：脂質(zhì)體100 nm,，膠束15 nm | 缺血再灌注損傷 |
固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒 | Z-平均值：100 – 120 nm，具體取決于所用脂質(zhì) | 藥物輸送 (腦靶向) |
細菌外膜囊泡 | SD：124 nm (TRPS法) | 可調(diào)電阻脈沖傳感 (TRPS) 分析 |
細菌外膜囊泡 | 基礎(chǔ)研究 | |
細菌外膜囊泡 | SD：95 nm | 基礎(chǔ)研究 |
細菌外膜囊泡 | SD：50 – 150 nm (TEM法) | 基礎(chǔ)研究 |
脂質(zhì)體 | 藥物輸送 | |
脂質(zhì)體 | 膠囊親水性藥物 (藥物輸送) | |
膠束 | ||
膠束 | 藥物輸送 | |
基于聚合物的疏水性藥物膠束 | SD (DLS法)：39 – 165 nm,，具體取決于所用化合物 | 藥物輸送 |
蛋白納米顆粒 | ||
蛋白納米顆粒
| SD：20 – 40 nm (DLS法) | 藥物載體研究 |
SD = 粒徑分布
Sartorius超濾 設(shè)備 | MWCO | 超濾目的 | 參考 文獻 |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 純化和濃縮步驟 | 7 |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 清洗步驟 | 8 |
Vivaspin® 20 | 5 kDa | 純化步驟 | 17 |
Vivaspin® 6 | 10 kDa | 分離納米顆粒 | 染料和清洗 | 18 |
Vivaspin® | 10 kDa | 純化步驟 | 19 |
Vivaspin® | 5 kDa,、10 kDa | 純化和濃縮 | 20, 21 |
Vivaspin® | 300 kDa和 50 kDa | (計數(shù)前) 從初始材料中分離出量子點-抗體偶聯(lián)物 | 9 |
Vivaspin® | 30 kDa | 純化和濃縮 | 22 |
Vivaspin® 20 | 3 kDa | 清洗 | 23 |
Vivaspin® | 10 kDa | 濃縮步驟 | 24 |
Vivaspin® 20 | 10 kDa | 濃縮步驟 | 3 |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 濃縮步驟 | 25 |
Vivaflow® 50 | 100 kDa | 純化步驟 | 26 |
Vivaflow® 200 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 27 |
Vivaspin® 20和500 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 28 |
Vivaflow® 200 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 29 |
Vivaspin® | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 30 |
Vivaspin® | 100 kDa | 外部緩沖液更換 | 2 |
Vivaflow® 50 | 100 kDa | 去除游離藥物 | 31 |
Vivaspin® | 30 kDa | 分離游離物質(zhì)和濃縮步驟 | 4 |
Vivaflow® | 去除表面活性劑 | 14 | |
Vivaspin® 500 | 3 kDa | 將游離藥物與膠囊藥物分離 (通過后續(xù)的紫外線-可見光分析進行藥物結(jié)合定量) | 32 |
參考文獻
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