脂質納米顆粒 (LNP) 作為一種藥物遞送系統，因novel coronavirusmRNA疫苗廣受關注。此前，艾偉拓產品團隊已圍繞LNP的脂質組分，非脂質組分，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研發過程中緩沖體系選擇的重要性。
為提升脂質納米顆粒制劑的穩定性，除了緩沖體系的選擇外，開發凍干劑型也是一個具有潛力的研究方向，此前艾偉拓產品團隊也進行過多次分享。
本次艾偉拓產品團隊為您介紹來自比利時安特衛普大學的研究者們發表在International Journal of Pharmaceutics（國際藥劑學雜志）上的，關于固體脂質納米顆粒（Solid lipid nanoparticles，SLN）凍干保護劑篩選與凍干工藝優化的新研究成果。
1、凍干可提升SLN制劑穩定性
固體脂質納米粒(Solid lipid nanoparticles，SLN)是20世紀90年代初發展起來的亞微粒給藥系統，是指粒徑在10～1000 nm，以毒性低、生物相容性好、生物可降解的固態天然或合成的類脂為載體，將藥物吸附或包裹于脂質膜中制成的納米給藥系統。
固體脂質納米顆粒通常懸浮于水溶液中。當長期儲存時，它們在物理和化學上是不穩定的。這些不穩定性阻礙了藥物開發。
上述不穩定性問題可以通過凍干工藝除去水來避免，將固體脂質納米顆粒(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
凍干可能會對固體脂質納米顆粒產生一些不穩定應力。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，并維持固體脂質納米顆粒的理化性質與生物學活性。
選擇的保護劑是糖類，因為它們在冷凍過程中容易玻璃化，具有相對的化學惰性，并影響制劑的玻璃化轉變溫度(Tg’和Tg)，這是優化凍干工藝的重要參數。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:脂質重量比)。
研究發現，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。一種可能的解釋是甘露醇結晶導致低溫濃縮相分離，進而導致SLNP不穩定。此外，甘露醇結晶和冰晶可以引發機械應力，導致納米顆粒融合。
糖類作為低溫保護劑的性能優于多元醇，糖類保護劑能更有效地保護固體脂質納米顆粒免受凍干應力的影響。在冷凍干燥過程中，由于納米顆粒被玻璃狀基質包圍，糖類作為固體脂質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。
篩選實驗數據表明，重量比為1:1(保護劑:脂質)是有效的保護劑濃度。根據顆粒大小、SF/SI比、zeta電位、凍干外觀等因素，選擇麥芽糖、蔗糖、海藻糖進行進一步凍干工藝優化。
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納米顆粒的穩定性。這是因為單糖在冷凍時結晶，導致保護劑和固體脂質納米顆粒之間的相互作用更少。而雙糖可以在無定形狀態下固化，SLN和保護劑的無定形態有利于它們之間的氫鍵大化。
4、穩定性研究
在6個月的時間里，對冷凍干燥的固體脂質納米顆粒進行了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，粒徑的增加不明顯，而當使用蔗糖時，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，從而導致制劑的不穩定性加速。
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納米顆粒在4℃下保存的結果顯示，塞來昔布在所有時間點都沒有出現吸熱融化峰，說明塞來昔布處于無定形狀態或被包裹在固體脂質納米顆粒中處于溶解狀態。
麥芽糖實驗組在6個月后出現了麥芽糖的吸熱熔化峰，表明麥芽糖已經從無定形轉變為結晶性質。
蔗糖實驗組保存3個月后，兩種溫度下樣品均出現塞來昔布吸熱峰，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晶會使固體脂質納米顆粒不穩定，因為固體脂質納米顆粒和無定形狀態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，各實驗組特征峰強度均減弱，表示樣品發生聚集，這意味著凍干固體脂質納米顆粒在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。這可以通過海藻糖與其他糖相比的優勢來解釋，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℃的儲存溫度下表現出對固體脂質納米顆粒具有優良的穩定保護作用。
5、小結
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化。
經過早期篩選與6個月穩定性研究，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納米顆粒的凍干保護效果佳，可在4℃下實現穩定儲存。
希望相關研究思路及結果，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。
