这台亚微米红外，助力载药领域重大突破不断，连发多篇高水平文献！

QUANTUM量子科学

2024/08/28 09:20

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导读

随着药学与合成化学的发展，以载药颗粒为代表的药物控制释放体系逐渐成为了提高药物利用率、安全性以及有效性的利器。在载药颗粒的制备过程中，如何确保载药颗粒正确承载对应药物并避免外源颗粒混入是研究的重中之重。在众多分析方法中，红外光谱因其专属性强（几乎每种药物都有自己的特征红外光谱）、整体性突出（可提供整个药物的结构信息，而非某一药物的某一功能基团）成为了药物鉴别普及率高且应用广泛的一种方法。而传统红外光谱存在空间分辨率不足、制样要求颇高等问题，很难进行高精度无损的药物鉴别，尤其是对溶剂中的药物分析更为困难。

创新性mIRage红外

针对现存问题，美国PSC公司基于创新性的光学光热红外（O-PTIR）技术研发推出了全新非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统——mIRage。该系统不仅具备传统FTIR的所有特性，还将分辨提高至500 nm，可在亚微米尺度上实现药物载体与药物的观测，有助于研究药物载体的化学性质与药物在载体上的分布，排除外源颗粒的污染。mIRage还能够在不接触样品的情况下进行检测，极大的简化了样品制备过程，全程对样品无污染，并且没有米氏散射问题，可在不平整的表面上取得良好的谱线。其特有的检测机制能够很大限度上避免水的干扰，真正实现多种环境下对载药颗粒的检测。

非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统——mIRage

为助力国内在药物等前沿领域的发展，2020年，Quantum Design中国与美国PSC公司达成协议，成为其在中国的独家代理，携手将非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage系统引入国内。设备引入至今，已助力中国科研工作者取得一个又一个重大突破：

一、治疗2型糖尿病的利拉鲁肽缓释微球研究

中科院过程工程研究所马光辉院士团队研发了用于治疗 2 型糖尿病有效期长达1个月的利拉鲁肽缓释微球，并利用mIRage对利拉鲁肽微球的药物与载药颗粒的化学成分与空间分布进行了鉴定，该成果以《Development of 1 Month Sustained-Release Microspheres Containing Liraglutide for Type 2 Diabetes Treatment》为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

利拉鲁肽被广泛地应用于2型糖尿病的治疗，但其药物半衰期为11～15小时，需每日服用，患者依从性较差。该团队针对这一问题，采用了W1/O/W2法结合预混膜乳化技术，研制出了可以缓释1个月的利拉鲁肽微球，获得了>8%的载药量和>85%包封率，验证了利拉鲁肽微球有效降低了空腹血糖 (FBG) 水平和糖化血红蛋白 (HbA1c) 水平，有效提高了2型糖尿病的治疗效果。

如下图所示，该团队使用mIRage对利拉鲁肽微球的药物与载药颗粒的化学成分与空间分布进行了鉴定。图A为特征峰为1657cm^-1波峰（代表酰胺I峰）的利拉鲁肽在缓释微粒的横截面中的分布，图B为特征峰为1755 cm^-1波峰（代表C=O）的PLA材料在缓释微粒的横截面中的分布。由图可知，在利拉鲁肽缓释微粒中可以明显地检测到利拉鲁肽与PLA在1657cm^-1与1755 cm^-1波段的特征峰，表明该颗粒的确载有利拉鲁肽药物，且该药物在缓释颗粒内均匀分布。

该研究成果表明利拉鲁肽缓释微球在 2 型糖尿病临床的应用中有着巨大潜力，并为克服患者依从性问题提供了一种有效的治疗方法。

二、基于益生元的阿托伐他汀纳米无定形载药颗粒研究

中国医学科学院医药生物技术研究所的王璐璐团队研发了一种基于益生元的阿托伐他汀（AT）纳米无定形载药颗粒（PANA），该团队借助mIRage成功实现对载药颗粒的原位成分分析。该结果以《Prebiotic-Based Nanoamorphous Atorvastatin Attenuates Nonalcoholic Fatty Liver Disease by Retrieving Gut and Liver Health》为题发表于Small Structures上。

该团队构建了一种基于益生元的AT 纳米无定形载药颗粒(PANA)，通过恢复肝脏和肠道健康来提高 AT 对非酒精性脂肪性肝（NAFLD）的疗效。非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD) 的发病机制是多因素和复合性的，其中脂质代谢紊乱引起的脂毒性是主要危险因素之一。阿托伐他汀 (AT) 是使用较为广泛的降脂药物，然而，AT在肠道中的吸收率较低且该药物会对肠道菌群造成破坏。与口服AT相比，构建PANA载药颗粒在肝脏组织中表现出更好的药物积累。此外，PANA干预有效恢复了肠道健康，重建了肠道菌群，并改善了肠道免疫力、屏障完整性和炎症。

如下图所示，该研究团队使用mIRage对PANA的化学成分与空间分布进行了鉴定。下图为菊粉（益生元主要成分）、AT、PANA的红外光谱图。PANA中随机选择的样品的红外拉曼光谱如图C（左）所示。AT中1523 cm^-1处的羰基吸收在菊粉样品中没有信号为AT的特征峰（菊粉无此吸收峰）。按照 1523 cm^-1（绿色）和 1036 cm^-1（红色）的映射，活性 AT 和益生元基质的图像在扫描区域（黄色）显示出相同的分布，这意味着 AT 和菊粉在颗粒中均匀混合。此外，在 PANA 颗粒中可以观察到 AT 在 1580 cm^-1的苯吸收、1457 cm^-1的强 C-C 吸收和菊粉在 1164 cm^-1 的 C-O 拉伸。这些数据清楚地证实了活性药物在益生元基质中的封装和相对均匀的分布。

该研究表明，与口服AT相比，PANA 治疗可显著抑制体重增加和脂肪沉积，降低血浆脂质水平，并减轻肝脏脂肪变性和肝脏炎症。这项研究提出了一种前瞻性的治疗 NAFLD 的策略，即利用纳米技术与功能性生物材料协同作用。

三、药物干粉气溶胶的纳米化学研究

悉尼大学的陈克俭(Hak-Kim Chan)团队借助mIRage等设备，探究了光学光热红外光谱法用于药物干粉气溶胶的纳米化学分析。该结果以《Optical photothermal infrared spectroscopy for nanochemical analysis of pharmaceutical dry powder aerosols》为题发表于International journal of pharmaceutics 上。

在本研究中，该团队旨在分析药物和辅料在不同大小的固态药物干粉吸入（DPI）气雾剂颗粒中的分布。对颗粒化学成分进行常规湿法测定，无法区分复杂DPI制剂中颗粒的空间分辨形态和化学成分，该团队使用了基于光学光热红外技术（O-PTIR）的mIRage表征了从微米到纳米级的药物 DPI 制剂颗粒的化学成分。

这些制剂是通过喷雾干燥溶液或悬浮液制备的，该溶液或悬浮液包含吸入皮质类固醇丙酸氟替卡松、长效β2-激动剂沙美特罗辛萘酸酯和辅料乳糖。活性成分丙酸氟替卡松和沙美特罗辛萘酸酯广泛用于治疗哮喘和慢性阻塞性肺病。该团队通过mIRage光谱证实了与丙酸氟替卡松 (1746cm^-1、1702cm^-1、1661cm^-1和 1612cm^-1)、沙美特罗辛萘甲酸酯 (1582 cm^-1) 和乳糖 (1080 cm^-1) 相关的峰的存在（见下图）。