中科大新成果：用于核酸药物递送的LNP规模化制备放大的微流控新策略、新芯片、新技术

脂质纳米粒(LNP)是一种具有均匀脂质核心的脂质囊泡，广泛用于核酸药物的递送，近年来由于作为新冠病毒mRNA疫苗递送平台的巨大成功而备受关注。

近期，围绕LNP从实验室筛选到工业化制备参数不一致和质量控制困难这一行业难题，中科大微纳米工程团队和化学生物学团队提出了LNP规模化制备放大的微流控新策略，发展了新芯片和新技术，并在siRNA递送和动物实验中实现了功能验证。相关研究工作近期已经被Nano Research接收并online发布。

LNP制备方法很多，包括脂质体挤出法、薄膜水化法、纳米沉淀法以及微流控法等。近年来，通过微流控技术合成的mRNA 脂质纳米颗粒比传统的合成工艺更具优势，具有批次一致性良好、粒径可控、超低的PDI值、并且包封效果可达90%以上等优点。但是，基于微流控技术合成的LNPs在临床应用上面临着一个严峻的挑战：如何实现从早期开发到临床应用的稳健的制备规模放大。

目前，制备放大的合成LNPs方法主要分为并行化策略和通道尺寸扩大策略。

并行化策略需要复杂系统搭建，并在大规模生产时难以保持LNPs稳定性；

通道尺寸扩大策略尽管能够实现稳定的大规模生产，但很难在不同流速下保持一致的粒径和尺寸分布。

中科大工程学院褚家如教授团队的李保庆副教授与生命科学与医学部田长麟教授团队经过深入研究，提出了一种“等比例缩放通道尺寸”的可扩展化脂质纳米粒子合成策略。该策略通过在三个维度上等比例缩放惯性微流体混合器，实现了LNPs的可扩展合成。

合作团队设计并构建了高效的惯性流体微混合器，通过结合三种惯性流体效应，实现了溶液的在更低流速下的快速混合。接着，将该惯性流体微混合器等比例缩放，通过高精度3D打印以及激光加工制备出不同通道尺寸的芯片，以实现不同通量条件下的LNP筛选与规模化制备的一致性。

合作团队基于流体力学的相似性理论并利用无量纲分析开发了一种理论预测方法，通过控制混合时间在不同芯片上保持一致，确保合成的LNPs具有一致的粒径和尺寸分布。实验结果表明，利用等比缩放的芯片在相同的混合时间下合成的LNPs，具有一致的物理特性，平均粒径偏差不超过5%。

合作团队成功合成了包载siRNA的LNPs，并在小鼠模型中验证了这些LNPs的相同的基因沉默能力。

这一创新性方法为LNPs的大规模生产提供了实际可行的途径，将极大加速核酸药物研发向临床应用的转化。

该工作7月23日被Nano Research杂志接收，中科大生医部、安徽省多肽药物工程实验室主任田长麟教授和中科大工程学院精密仪器系李保庆副教授为该文章的共同通讯作者，中科大工程学院博士研究生马泽森与中科院强磁场科学中心博士研究生童海洋为共同第一作者。相关芯片制备及算法均已申请专利保护。

笔者了解到，mRNA在给药过程中非常依赖载体，也不可以通过交联和深层修饰来解决给药问题。确保mRNA本身的稳定性具有挑战性，而且由于其化学修饰的空间有限，所以通常必须使用脂质纳米粒 （LNP）作为载体给药系统。一直以来多数LNP产品研发生产仍以国际大药企为主，目前国内众多科研单位也在纷纷开展相关研究。微流控设备在LNP制备方面具有一定的优势，期待看到此次新芯片、新技术的带来LNPs产能的提高。

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