政策解讀
納米藥物質量控制研究技術指導原則
本文由馬爾文帕納科應用專家張鵬博士供稿
為規范和指導納米藥物研究與評價,在國家藥品監督管理局的部署下,藥審中心組織制定了《納米藥物質量控制研究技術指導原則(試行)》、《納米藥物非臨床藥代動力學研究技術指導原則(試行)》《納米藥物非臨床安全性評價研究技術指導原則(試行)》三項關于納米藥物研究、質控、評價的技術指導原則。并由經國家藥品監督管理局審查同意,8月27日予以發布通告,三項技術指導原則自發布之日起開始施行。
其中《納米藥物質量控制研究技術指導原則》主要內容是圍繞著納米藥物的安全性、有效性以及質量可控性展開的。在這三個方面,質量的可控性顯得尤為重要,它一定程度上決定了藥物的安全性和有效性。
在粒徑表征方面,該指導意見原文如下:
原文關于粒徑表征的相關表述
“應選擇適當的測定方法對納米藥物的粒徑及分布進行研究,并進行完整的方法學驗證及優化。粒徑及分布通常采用動態光散射法(Dynamic light scattering,DLS)進行測定,需要使用經過認證的標準物質(Certified reference material,CRM)進行校驗,測定結果為流體動力學粒徑(Rh),粒徑分布一般采用多分散系數(Polydispersity index,PDI)表示。除此之外,顯微成像技術(如透射電鏡(Transmission electron microscopy,TEM)、掃描電鏡(Scanning electron microscopy,SEM)和原子力顯微鏡(Atomic force microscopy,AFM)、納米顆粒跟蹤分析系統(Nanoparticle tracking analysis, NTA)、小角X射線散射(Small-angle X-ray scattering,SAXS)和小角中子散射(Small-angle neutron scattering,SANS)等也可提供納米藥物粒徑大小的信息。對于非單分散的樣品,可考慮將粒徑測定技術與其它分散/分離技術聯用"
上一期我們已經和大家介紹了基于DLS技術的粒徑測量,這一期我們準備和大家講一講納米顆粒跟蹤分析技術(NTA)測量顆粒粒徑。
納米顆粒跟蹤分析技術原理
是如何進行顆粒粒徑測量的呢?
激光照射溶液中的懸浮納米顆粒,后者產生的散射光被高靈敏度的相機捕獲并成像。為了得到觀測區域每個顆粒的粒徑大小,相機通過拍照的方式記錄下每個顆粒的運動軌跡,并分析得到每個顆粒的運動速率,最終這些單個顆粒的運動速率通過斯托克斯-愛因斯坦方程轉化為粒徑值,整個樣本的粒徑分布就是由這些顆粒的粒徑匯集而成(圖1)。
圖1. 利用納米顆粒跟蹤分析技術(NTA)對納米顆粒進行粒徑分析(紅色線條表示顆粒的布朗運動軌跡)
由于該技術是單顆粒跟蹤技術,所以能提供*精度的顆粒粒度的數量分布,既適合分析粒度分布較窄,也適合分析粒度分布較寬的樣本,其粒徑檢測范圍大致在10-2000nm之間。此外,如果樣品本身具有熒光,或者能夠標記上熒光素,可以單獨采集其熒光信號,進而對熒光顆粒進行粒度分析,不受溶液復雜體系的影響。
NTA 和 DLS 對比實驗
測量納米級顆粒粒徑該如何選擇?
接下來通過粒徑寬窄分布不同的樣品的測量實例,著重給大家講一下NTA和DLS在測量顆粒粒徑上的相同點和區別點,方便大家更好的去選擇不同的技術。
NTA & DLS
粒徑窄分布樣品
NTA 和 DLS兩種技術在粒徑窄分布樣品上的差異,我們以200nm的聚苯乙烯顆粒(PS)為考察對象。
DLS:Z average: 217.7 nm; PDI: 0.04827
NTA: Mean: 199.7nm;
Mode: 196.2nm
圖2 DLS、NTA表征200 nm聚苯乙烯顆粒(PS)的粒徑分布
我們再將兩種技術表征的結果合并到一塊,看看有沒有差異。
圖3 NTA和DLS測量窄分布樣品合并圖
從圖3中我們能夠看到,NTA和DLS技術都能很好的表征粒徑窄分布的樣品,但是NTA得到的粒徑分布圖比DLS的更窄。
通過圖2、3我們得出如下結論:DLS和NTA都能很好的表征粒徑窄分布的樣品,且其平均值及主峰值都十分接近,但是NTA得到的粒徑分布峰更窄,這也和其采用的單顆粒跟蹤技術相符合。
NTA & DLS
粒徑寬分布樣品
再來看看寬分布的樣品。我們將100 nm和200 nm的PS標準品混合后,獲得粒徑寬分布樣品,將其做為考察對象。分別利用NTA和DLS對他們進行粒徑表征:
DLS: Z average: 206.7 nm; PDI: 0.002214
NTA: Mean: 171.4 nm;
Mode: 194.8 nm
圖4 DLS、NTA表征100、200 nm聚苯乙烯顆粒(PS)混合體的粒徑分布
從圖4我們可以看出來,DLS仍舊顯示出一個單峰,其Z均值為206.7 nm;NTA成功將100 nm和200 nm的PS顆粒區分開來,在粒徑分布圖上呈現出兩個明顯的單峰(109 nm、195 nm),這說明NTA的粒徑分辨率是要高于DLS的。
圖5 DLS和NTA測量100、200 nm聚苯乙烯顆粒(PS)混合體的粒徑分布合并圖
通過圖5,將兩種技術得到的粒徑分布圖合并到一塊,我們可進一步發現,DLS的結果更偏向于體系中的大顆粒,較小的100 nm的信號被較多的忽略了。這說明DLS對體系中的大顆粒更敏感,而NTA對體系中大、小顆粒的敏感程度較為接近。總體來說,NTA的粒徑分辨率能達到1:1.3,而DLS的粒徑分辨率只能低到1:3。
DLS&NTA
示例:水包油乳劑
在水包油乳劑的實際樣品案例中,如圖6,7 DLS和NTA的粒徑分布圖以及兩項技術的合并圖顯示,DLS的分辨率較低,無法分辨出體系中存在的更小的顆粒。
DLS: Z average: 151.9 nm; PDI: 0.09714
NTA: Mean size: 116.2 nm; Mode size: 89.1 nm
圖6 DLS、NTA表征水包油乳劑的粒徑分布
圖7 DLS和NTA測量水包油乳劑的粒徑分布合并圖
實際案例
NTA適用:細胞外囊泡(EV)
實際案例
NTA適用:脂質納米顆粒(LNP)
實際案例
NTA適用:慢病毒
實際案例
蛋白聚集體
實際案例
NTA適用:納米磁球
關于馬爾文帕納科
馬爾文帕納科的使命是通過對材料進行化學、物性和結構分析,打造出更好的客戶導向型創新解決方案和服務,從而提高效率和產生可觀的經濟效益。通過利用包括人工智能和分析預測在內的最近技術發展,我們能夠逐步實現這一目標。這將讓各個行業和組織的科學家和工程師可解決一系列難題,如盡可能地提高生產率、開發更高質量的產品,并縮短產品上市時間。