SAXS揭秘微观世界第七讲

利用SAXS研究的药物载体——脂质体

小角X射线散射（SAXS）技术在研究脂质体方面具有哪些关键特点？

一、介绍

小角X射线散射（SAXS）是一种研究脂质体的独特技术。

它结合了以下关键特点：

X射线技术：SAXS能够穿透外表面，深入了解脂质体的重要内部结构。

非破坏性：SAXS不需要对样品进行特殊处理，比如过滤、加热、冷冻或干燥，它可以在自然环境中直接观察结构和相互作用。

丰富信息量：可以了解到结构和相互作用的信息。除了脂质体的整体大小、形状和内部结构参数外，还可以研究生物分子之间的相互作用、蛋白质和配体的结合以及聚集情况。

快速筛选能力：作为一种相对快速和自动化的技术，SAXS可以用于监测在不同配方条件或温度下样品结构和稳定性的变化。

技术互补性：SAXS提供了独特且与其他常见技术不同的信息。这使得SAXS可以与其他快速获取的技术相结合，互相协同。例如，电子显微镜（EM）数据可以帮助解释SAXS数据，而SAXS可以验证溶液中的EM数据，并能够轻松地跟踪在不同条件下发现的特征。

二、SAXS技术可以揭示脂质体的特性和配方特点

尺寸大小和形状信息

脂质体的大小和形状会对其功能、稳定性、相互作用、药物封装和释放等特性产生影响。

·   SAXS技术可以确定脂质体的平均大小。

·   SAXS技术可以揭示脂质体的整体形状（球形、长条形等）。

自组装

脂质体在形成过程中的自组装方式会影响它们能够封装多少药物以及药物释放的速度和方式。

·   SAXS技术可以帮助我们了解脂质体结构中脂质层之间的关系，例如是单层、少层还是多层等。

膜厚度

·   SAXS技术可以帮助我们测量脂质体中脂双层的厚度，这对于了解脂质体的稳定性和渗透性非常重要。

内部结构

·   SAXS技术可以帮助我们了解脂质体内部的组织结构，比如是否有内部隔室或者包埋物质的排列方式。

与其他分子的相互作用

·   SAXS技术在非干扰环境中提供了关于脂质体与其他分子之间相互作用的信息，例如与结合蛋白或配体的相互作用。

在不同条件下的结构变化

·   SAXS技术可以帮助我们观察脂质体在不同环境条件下的结构变化，比如温度、pH值或离子强度等。

·   通过比较空白和填充脂质体的SAXS数据，来研究在药物封装过程中脂质体的结构变化。

·   这些信息对于我们理解脂质体在不同生理环境中的稳定性和功能非常重要。

三、研究相互作用参数和药物性质之间的关系

药物封装和释放：通过使用SAXS技术，我们可以了解脂质体与封装药物之间的相互作用。通过比较空的脂质体和装填药物的脂质体的散射图谱，我们可以研究药物封装过程中脂质体的结构变化。此外，SAXS还可以用来研究在不同条件下（如温度或pH变化）药物从脂质体中释放的速度和过程。这些研究有助于我们更好地理解药物在脂质体中的封装和释放行为。

蛋白质与脂质体的相互作用：SAXS可以研究蛋白质与脂质体之间的结合和相互作用，从而了解蛋白质在脂质双层内部或脂质体表面的构象和方向。这些信息有助于我们理解蛋白质如何与基于脂质体的药物递送系统相互作用，或者膜蛋白如何嵌入脂质双层中。

脂质体老化和聚集：使用SAXS技术可以研究脂质体的融合和聚集，这在生物和药物应用中非常重要。通过分析在不同条件下脂质体混合物的散射图谱，我们可以了解脂质体老化和聚集的原因和过程。

环境因素：SAXS可以研究环境因素对脂质体的影响，比如pH值、温度、离子强度或其他溶质的存在。这些因素会对脂质体的结构和稳定性产生影响。了解这些影响对于优化脂质体的配方以及在生理环境中的行为非常重要，从而可以提高脂质体的生物利用度，并减少潜在的副作用。

脂质体间相互作用：SAXS可以研究不同脂质体群体之间的相互作用，包括多层结构的形成或具有不同脂质组成的脂质体的相态行为。这些信息可以帮助我们了解脂质体混合物的行为以及影响其稳定性的因素。简单来说，SAXS技术可以帮助我们了解脂质体之间的相互作用，从而更好地理解它们的行为和稳定性。

四、研究结构参数与药物性质之间的关系

脂质体的内部结构和排列方式会对药物的封装、释放和稳定性产生影响。SAXS技术可以帮助我们了解这些结构特征，进而揭示脂质体内部结构如何影响药物的性质：

封装效率：脂质体内部含水核的大小和脂质双层的排列方式会影响亲水性药物的封装效率，而脂质双层的结构和脂质组成则会影响疏水性药物的封装效率。

释放动力学：脂质体的释放速度受到脂质双层厚度、脂质组成和整体脂质体大小的影响。如果脂质双层较厚或脂质体结构较刚性，药物的释放速度可能较慢；而如果脂质体结构更流动或多孔，药物的释放速度可能较快。脂质双层和脂质体的刚性和流动性会受到脂质类型（饱和或不饱和）、温度、pH值、机械应力等因素的影响，并且可以通过SAXS技术进行检测和确定。

稳定性：脂质体的内部结构，包括脂质组成和双层排列方式，会影响它在不同条件下的稳定性，比如温度、酸碱度和机械应力等。如果脂质体的结构更稳定，就能更好地保护封装的药物不被分解，延长其保存时间。

参考

Shear, pore size release: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anbr.202200101

Dissolution: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590156722000020

General SAXS/SANS Liposome study: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8985204/

Review: https://www.mdpi.com/1999-4923/14/12/2704#B19-pharmaceutics-14-02704

Lysophilisation: https://www.researchgate.net/figure/SAXS-patterns-of-liposomes-before-and-after-freezing-and-lyophilisation-As-a_fig5_46035000

Protein/Peptide-liposome interactions: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5209755/

Liposome-liposome interactions: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349518303412

Liposome characterization using SAXS & SANS: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4932473/