脂質(zhì)體的粒徑控制（四）：擠出技術(shù)

| 導(dǎo)讀 |

前面幾篇文章已經(jīng)對脂質(zhì)體粒徑控制方法中的“高壓均質(zhì)"技術(shù)作了較為詳細(xì)的介紹，而總體來說，高壓均質(zhì)機設(shè)備，無論是均質(zhì)閥式還是微射流容腔式，由于其所使用的壓力都非常高，作用過程相對比較“暴力"，所以往往難以從源頭上對脂質(zhì)體樣品的分布做比較有效的控制。且從流體分析角度很難從均質(zhì)技術(shù)中提煉出關(guān)于控制脂質(zhì)體粒徑均一性的理論知識。所以，為能有效的對脂質(zhì)體的分布進(jìn)行控制，且提升其放大至生產(chǎn)規(guī)模時的工藝可行性、重現(xiàn)性，Columbia University和Northern Lipids公司約于20多年前合作開發(fā)了脂質(zhì)體擠出技術(shù)，并將其成功應(yīng)用于阿霉素脂質(zhì)體生產(chǎn)中的粒徑控制，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于同時期的其他產(chǎn)品和技術(shù)。

脂質(zhì)體擠出技術(shù)充分利用了脂質(zhì)體膜材的結(jié)構(gòu)和性能特點，在略高于磷脂相變溫度的條件下，通過一定的壓力驅(qū)動，使脂質(zhì)體粒子通過聚碳樹脂濾膜，通過膜材的剪切力來減小脂質(zhì)體粒徑，控制其分布。由于聚碳酸酯濾膜的孔徑固定（如50nm，100nm等），可有效確保脂質(zhì)體粒子在通過濾膜后其粒徑大小集中在濾膜孔徑大小的附近，一般在±10%的波動范圍內(nèi)（有相關(guān)文獻(xiàn)已對此進(jìn)行了較為詳細(xì)闡述和計算說明），所以工藝選擇得好時，擠出技術(shù)可將脂質(zhì)體的粒徑分布控制在非常窄的范圍內(nèi)（一般PDI可到0.01~0.03之間）。而如何選擇一個比較好的脂質(zhì)體擠出工藝往往涉及到三個非常重要的因素：擠出溫度、擠出壓力和擠出濾膜的選擇。

由于脂質(zhì)體是一種人工合成的類似于細(xì)胞膜的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，其主要成分是磷脂和膽固醇。磷脂都有一定的相變溫度，當(dāng)脂質(zhì)體溫度在磷脂相變溫度時，質(zhì)膜的流動性較好，表現(xiàn)為柔性，此時通過PC濾膜較為溫和的剪切力即可有效的減小脂質(zhì)體粒徑，并使其分布控制在很好的范圍之內(nèi)。

反之，若擠出過程溫度過高或者過低均得不到理想的效果。當(dāng)溫度過高時，脂質(zhì)體膜的微觀流動性大，穩(wěn)定性差，在通過PC濾膜時，即使較低的剪切力也容易造成脂質(zhì)體膜結(jié)構(gòu)的損壞，造成脂質(zhì)體的破碎和藥物的泄露；若擠出過程溫度過低時，脂質(zhì)體粒子膜流動性差，剛性強，過膜時會有大部分粒子是強行將膜孔撐大后擠出，其粒徑大小和分布并未得到有效的控制。

所以，在選擇擠出技術(shù)作為脂質(zhì)體粒徑控制的方法時，一定要對溫度做有效的控制。一是溫度的范圍，不能過高或過低；二是樣品所經(jīng)過或接觸的擠出設(shè)備相關(guān)部位要實現(xiàn)恒溫控制，不能有太大的溫度差異。

擠出壓力即為脂質(zhì)體過膜時所受到的剪切力。此剪切力的大小直接決定了脂質(zhì)體粒徑控制的效果。而如前文“擠出溫度"部分所述，脂質(zhì)體粒子在過膜時柔性較強，也容易發(fā)生形變，所以過濾的速度就顯得尤為重要。如果過膜的速度過慢，則脂質(zhì)體粒子有可能是通過發(fā)生形變的方式通過擠出膜，過膜后即恢復(fù)原狀，其粒徑大小并未發(fā)生實質(zhì)性改變；如果過膜的速度過快，則有可能因表面切應(yīng)力的驟變過于劇烈而導(dǎo)致脂質(zhì)體粒子破壞，造成結(jié)構(gòu)的損壞。而此過膜的速度取決于擠出的壓力。

所以，如何選擇一個合適的擠出壓力就非常重要?？傮w原則是在不損壞脂質(zhì)體粒子結(jié)構(gòu)的前提下，盡量提高壓力，這樣擠出的速度快，效果也好。作為擠出壓力的動力提供源既可以是高壓氣體，也可以是高壓泵，兩者在具體選擇和使用時也有所差別，此部分內(nèi)容將在后續(xù)文章中做詳細(xì)介紹。

擠出濾膜是脂質(zhì)體擠出的動作執(zhí)行者，也是擠出壓力的產(chǎn)生者，其對擠出效果的優(yōu)劣有著至關(guān)重要的作用。一般來說，對于某一個脂質(zhì)體樣品的擠出，既可以選擇單張濾膜的梯度擠出方式，也可采用多層濾膜的疊加方式，可根據(jù)實際工藝需求選擇最·優(yōu)方案。

一般來說，在選擇脂質(zhì)體擠出濾膜的孔徑時，需先測定擠出前脂質(zhì)體樣品的原始粒徑，并與最終所需達(dá)到的目標(biāo)粒徑相結(jié)合進(jìn)行考慮，然后確定選擇何種濾膜。舉例來說，如果樣品原始粒徑為400nm，最終粒徑需要到80nm以下，則可初步考慮兩種方案進(jìn)行粒徑控制：

此時，可先用200nm的濾膜進(jìn)行擠出，觀察其擠出過程，若樣品非常難擠出，則需更換為400nm濾膜作第一次擠出；若擠出過程比較順暢，則就用200nm濾膜作為第一次擠出用膜，擠出次數(shù)一般建議3~5次，可在后續(xù)工藝過程中進(jìn)行優(yōu)化；200nm濾膜擠出完成后，可選用80nm或50nm的濾膜進(jìn)行擠出，其摸索過程同上，若樣品無法擠出則中間需增加100nm濾膜作為過渡。

用此方法進(jìn)行擠出時，選擇原則是在能達(dá)到脂質(zhì)體粒徑控制效果的前提下，所選用的濾膜種類盡量少，這樣可以大大簡化操作過程，且更利于產(chǎn)業(yè)化放大。

此時，由于其原始粒徑為400nm，目標(biāo)粒徑為80nm，則多層膜疊加時最大孔徑的濾膜不大于400nm，最小的孔徑不大于80nm，中間可適當(dāng)選擇過渡孔徑的濾膜。如：可采用400nm+100nm+80nm、200nm+100nm+50nm、200nm+80nm、200nm+50nm、100nm+80nm、100nm+50nm等方式進(jìn)行膜的組合。

此種方式的優(yōu)勢在于通過一種膜組合即可完成擠出過程，達(dá)到所需效果，中途不需要更換濾膜；其難點在于膜組合的方式比較多，如何選擇合適的膜組合需要結(jié)合脂質(zhì)體的類型進(jìn)行合理設(shè)計，并在實際實驗過程中逐步優(yōu)化至最終確定。

擠出技術(shù)的關(guān)鍵點主要就是如上所述的三點：擠出溫度、擠出壓力、擠出濾膜的選擇。然而不同類型的脂質(zhì)體特性差異較大，擠出設(shè)備的種類也較多，如何針對特定的項目選擇最合適的擠出設(shè)備和擠出工藝往往需要將諸多因素結(jié)合起來考慮，然后再確定。

下一篇文章將對此進(jìn)行介紹，歡迎大家持續(xù)關(guān)注~

未完待續(xù)