脂质体制备 - Avanti^®极性脂质

Stephen Burgess博士

Avanti® 极性脂质首席科学官

1.囊泡形成的机制

当脂质薄膜或脂质结块发生水合并且堆叠的液晶态双层膜变得具有流动性和膨胀时，会形成脂质体（脂质囊泡）。水合的脂质层在搅拌期间分离并自我密合形成庞大的多层囊泡（LMV），LMV可防止水与双层膜的碳氢化合物核心在边缘发生相互作用。一旦形成这些颗粒，将需要声能（超声）或机械能（挤出）形式的能量输入才能减小粒径。

图片来源：Lasic, D.D., Recherche 20, 904, 1989

2.脂质体制备方法

脂质制剂性质取决于具体成分（阳离子、阴离子和中性脂质），但不同成分的脂质囊泡却可采用同一方法制备。制备流程的一般要素包括制备用于水合的脂质、搅拌水合以及减小粒径，从而获得均匀分布的囊泡。

A. 制备用于水合的脂质

当用混合脂质成分制备脂质体时，必须先溶解脂质并混合于有机溶剂中，以确保获得均匀的脂质混合物。通常，该过程使用氯仿或氯仿:甲醇混合液完成。目的在于使脂质完全混合，获得澄清的脂质溶液。一般情况下，脂质溶液的制备浓度为10-20mg脂质/ml有机溶剂，但是，在脂质溶解度和混合程度可接受的情况下，也可使用更高浓度。一旦脂质充分混合于有机溶剂中，则除去溶剂以产生脂质薄膜。如有机溶剂较少（< 1mL），可在通风橱内使用干燥氮气流或氩气流蒸发溶剂。如有机溶剂较多，应通过旋转蒸发除去有机溶剂，从而在圆底烧瓶内壁形成脂质薄膜。将样品瓶或烧瓶放在真空泵上过夜，去除残留有机溶剂，使脂质薄膜完全干燥。如果对使用氯仿有异议，也可以选择使用叔丁醇或环己烷溶解脂质。将脂质溶液转移到容器中，并将容器放在干冰块上或在干冰-丙酮或酒精（乙醇或甲醇）浴中旋转，使其冻结。使用酒精浴时，应确认容器能够承受突然的温度变化而不发生破裂。随后，将完全冻结的脂质结块放到真空泵上冻干，直至完全干燥（1-3天，具体取决于溶剂体积）。脂质结块的厚度不应超过冻干容器的直径。干燥的脂质薄膜或结块可从真空泵上取下，将容器牢固密封并冷冻储存，直至用于水合。

B. 脂质薄膜/结块的水合

只需在干燥脂质的容器中加入水介质并搅拌，即可完成干燥脂质薄膜/结块的水合。水合介质的温度应高于脂质的凝胶-液晶相转变温度（Tc或Tm），在加入到干燥脂质中之前具有最高Tc。加入水合介质后，脂质悬浮液温度在水合期间应保持在Tc以上。对于高转变温度的脂质，只需将脂质悬浮液转移到圆底烧瓶中，并将烧瓶放在无真空抽吸的旋转蒸发系统上。在温度始终高于脂质悬浮液Tc的温水浴上旋转圆底烧瓶，可使脂质在充分搅拌的流动状态下发生水合。水合时间取决于脂质种类和结构，但是，强烈建议在剧烈振荡、混合或搅拌条件下水合1小时。此外，在减小粒径之前将囊泡悬浮液静置过夜（老化），可以简化减小粒径过程并提高粒径分布的均匀度。不建议对高转变温度的脂质进行老化处理，因为脂质的水解会随温度升高而增加。

水合介质通常由脂质囊泡的应用决定。合适的水合介质包括蒸馏水、缓冲液、生理盐水和非电解质溶液，如糖溶液。建议体内应用采用生理渗透压（290 mOsm/kg）。满足这些条件的普遍接受的溶液为0.9%生理盐水、5%葡萄糖和10%蔗糖溶液。在水合期间，一些脂质将形成结构独特的复合物。当使用低离子强度溶液水合时，可观察到高电荷脂质形成粘性胶体。缩略图：通过添加盐或减小脂质悬浮颗粒的粒径，可缓解这个问题。磷脂酰乙醇胺等水合较差的脂质倾向于在水合中自我聚集。脂质囊泡包含超过60 mol%磷脂酰乙醇胺，可形成在囊泡周围有一小层水合层的颗粒。随着颗粒相互靠近，阻挡颗粒靠近的水合排斥作用消失，两层膜形成能量井，进而粘附并形成聚集物。聚集物从溶液中沉淀出来并形成庞大的絮状物，通过搅拌可使其分散，但静置后将重新聚集。水合产物是一种庞大的多层囊泡（LMV），结构与洋葱类似，每个脂质双分子层均被水层分离。脂质层之间的空间由多水合层成分填充，其比由静电排斥力分离的高电荷层靠得更近。一旦产生了稳定的水合LMV悬浮液，即可通过多种技术减小粒径，包括超声法或挤出法。

C. 减小脂质悬浮颗粒的粒径

i. 超声法

利用声能（超声法）破坏LMV悬浮颗粒，通常可产生较小的单层囊泡（SUV），直径范围为15-50nm。最常见的超声颗粒制备仪器是水浴超声仪和探头超声仪。杯-角型超声仪尽管不常用，但已成功制备SUV。探头超声仪可向脂质悬浮颗粒传输高能量，但会对脂质悬浮颗粒过度加热，导致降解。超声探头会向脂质悬浮颗粒中释放钛颗粒，使用前必须通过离心将其去除。因此，水浴超声仪是最常用的SUV制备仪器。通过将装有悬浮液的试管放到水浴超声仪中（或将超声探头放到试管中），在超过脂质Tc的温度条件下超声5-10分钟，即可完成对LMV分散系统的超声处理。脂质悬浮液应形成稍浑浊的透明溶液。浑浊是由悬浮液的残留大颗粒诱导光散射造成的。通过离心可去除这些颗粒，从而获得澄清的SUV悬浮液。平均粒径和分布将受到成分和浓度、温度、超声时间和功率、体积和超声仪调谐的影响。由于超声条件几乎不可能复制，因此，不同时间产生的不同批次通常具有粒径差异。此外，由于这些膜高度弯曲，因此，SUV本身并不稳定，当储存在低于其相转变温度的环境中时，将自发融合形成大型囊泡。

有关超声法的更多信息，请参见Morrissey的磷脂囊泡(SUV)超声制备实验方法。

ii.挤出法

脂质挤出法通过用力挤压脂质悬浮液，使其通过指定孔径的聚碳酸酯滤膜，从而产生粒径与所用滤膜孔径相近的颗粒。在挤压通过最终孔径滤膜之前，可通过多次冻融循环或使用较大孔径滤膜（通常为0.2µm-1.0µm）预先过滤悬浮液，使LMV悬浮颗粒破碎。该方法有助于防止膜污染并提高最终所得悬浮液的粒径分布均一性。与所有减小LMV分散系统粒径的方法相同，挤出法采用的温度应高于脂质的Tc。若挤出温度低于Tc，则滤膜可能会被无法通过膜孔的硬质膜堵塞，导致挤出失败。使用孔径为100nm的滤膜挤出，通常可产生较大的单层囊泡（LUV），平均孔径为120-140nm。平均粒径还取决于脂质成分，并且具有非常高的批次间重现性。