利用NTA (纳米颗粒追踪分析) 可视化药物递送纳米颗粒、大小和数量测量

药物递送中使用纳米颗粒的案例正在快速增加。纳米颗粒具备出色的药代动力学特性、持续且可控的释放能力，能够靶向特定的细胞、组织或器官。纳米颗粒药物递送的广泛关注部分源于新生物活性化合物的发现速度放缓，这些化合物潜在地可以作为疾病治疗的方法。每年推向市场的新药数量减少，促使对用于药物递送的纳米颗粒多功能、全能结构的兴趣快速增长。这些特性都能提升现有药物的疗效。

用于药物递送的纳米颗粒被定义为由各种组成物质制成的低于1微米的胶体。通常定义的纳米颗粒载体包括脂质体、胶束、树状物、固体脂质纳米颗粒、金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒、高分子纳米颗粒等。纳米颗粒已被广泛应用以药物、基因、疫苗、诊断工具传递到特定的细胞或组织中。

考虑到纳米材料药物传递系统，纳米颗粒的大小是一个主要参数，因为它直接影响传递、吸收、代谢和排泄。例如，直径在30nm到数百nm之间的纳米颗粒可以由于血管结构的渗漏而在肿瘤部位被动积累，而噬细胞更偏好选择 >500nm 的颗粒，相比之下，在胆道中，<30nm 的颗粒不被吸收，在肾脏中，<8nm的粒子不积累并且能被透过。此外，肝脏对较小颗粒（25nm 和 50nm）的吸收率低于较大颗粒（200nm 和 300nm）。因此，根据不同系统和过程，准确测量递送颗粒的尺寸是至关重要的。

NTA的药物传递系统分析

脂质体

脂质体（图1）多年来一直在被积极研究和开发，并且是目前最常见的靶向药物传递系统。脂质体被批准用于多种传递系统，例如用于真菌或原生动物感染的两性霉素B、乳腺癌治疗的多柔比星、甲型肝炎和流感疫苗的传递系统。脂质体使用及其潜能的重要性正在不断增加，原因显而易见。

图 1

• 通过脂质体传递的疗法可以保护药物免受代谢过程中酶的作用。
• 使用脂质体可以将脂溶性物质转化为可溶性。
• 通过将特定的配体连接到脂质体上可以针对特定区域进行靶向治疗。
• 脂质体易于将药物吸收到细胞中。
• 可以选择通过脂质体来控制释放速度。
• 使用作为运载工具的脂质体可以减少剂量或频率，从而减轻毒性和副作用。
• 脂质体可以承载蛋白质、DNA等生物物质。

使用的脂质体的大小正被逐渐认识到是治疗效果的重要因素。药物传递脂质体的大小影响血液中的循环和残留时间、靶向效果、细胞摄取速率（或细胞外源性摄取）等，并最终影响到有效释放量的成功度。这种对大小的探讨对所有纳米粒子尺寸的药物传递系统都极其重要。

利用NTA测量脂质体尺寸

NanoSight仪器能够快速准确地测量水和其他溶剂中的脂质体的尺寸和浓度。

仅需少量和最小前处理的样品。使用该设备可以个别可视化悬浮液中的脂质体并通过追踪其布朗运动迅速确认粒子尺寸分布。

纳米颗粒的实时多参量分析

NTA除了尺寸和浓度以外，还能够按下述参数提供粒子信息。

• 通过散射强度验证粒子的相邻种群并区分折射率差异较大的物质。
• 通过该特性，用户可以分别调查纳米尺寸药物传递结构的脂质体内容物，知道空脂质体比含有高折射率物质脂质体可能折射率更低，因此，即便是相同尺寸，也能区分。
• 荧光检测能够从复杂背景中合理分类得当的粒子。NanoSight的荧光功能在其他应用笔记中说明。
• NTA曾被用于光动力癌症治疗研究，调查血清对多种脂质体研究中稳定性的影响（Reshetov 外, Photochem Photobiol. 2012年9-10月,88(5):1256-64. doi: 10.1111/j.1751-1097.2012.01176.x）。

NTA在其他药物传递系统中的应用

PBAE（聚β-氨基酯）可以作成为多种癌症基因治疗的传递系统。PBAE提供优于其他系统的优势，由于其组合路径可通过DNA的多种多聚结合。虽然具有快速释功能，但会导致剂量变动和生产保存中的问题。冷冻干燥是常见保存方法，NTA被用于评估PBAE-DNA纳米颗粒的聚集（尺寸增加）以及破裂（尺寸减小）的影响（Tzeng 外，2011年和Sunshine 外，2012年）。

PLGA（聚乳酸-共-乙醇酸）是一种获得FDA批准的药物传递系统。因其分解为乳酸和乙醇酸，而两者皆为身体内代谢路径的终点，并已被用于阿莫西林等药物传递系统以及用于治疗晚期前列腺癌的促性腺激素释放激素。为了减少剂量水平并相应的毒性副作用，将免疫抑制剂霉酚酸包封入PLGA中。以确保正确传递和研究者间比较研究结果为重要参数验证纳米颗粒大小。NTA被使用（Shirali 外，2011）。

成功在细胞膜之间移动分子为传递系统的关键。由于大部分情况下分子无法自行穿越细胞膜，因此需要有效的传递体。Sokolova 外 多人（2012）利用NTA、DLS(动态光散射)、EM(电子显微镜)调查磷酸钙（直径：100nm – 250nm，根据功能化情况而异）作为大小不同分子的多用途传递体。

Ohlsson 外 研究人员（2012）利用NTA评估了在脂双层膜中100毫秒不到的时间内用来确认脂质体的稳定性和完整性，进行溶质传递的独立蛋白脂质体。

研究中，Ghonaim 和同事在研究纳米颗粒作为基因传递手段时，对用脂质泛脂和精氨的化学修饰变化对各种非病毒质粒DNA和siRNA传递系统的影响进行了广泛报道（Ghonaim 外，2007a，Ghonaim 外，2007b，Ghonaim 外，2007c，Ghonaim 2008年，Ghonaim 外，2009年，Soltan 外，2009年，Ghonaim 外，2010年）。类似地，Ofek 外 和其他研究团队（2010年）采用了NTA用于研究小鼠胰状纳米传递系统的特性分析，Bhise在细胞培养的基因传递聚合体研究中利用NTA测量粒子尺寸及尺寸分布（Bhise 外，2010年）。Bhise最近扩展研究，开发用于量化聚合物纳米颗粒内嵌质粒的分析并使用NTA来测量100nm纳米颗粒的质粒密度（Bhise 外，2011年）。

Wei 外研究团队（2012）确认需求以便在开发出药物纳米粒子、提供低非特异细胞毒性以及在储存期间稳定性增大的粒子设计，以及开发准确特性分析大小、形状和组成的稳健方法。

借助NTA进行纳米颗粒药物传递系统的尺寸测量及传递的其他实例也曾被报告（Hsu 外，2010年，Park 外，2010年，Tagalakis 外，2010年）。