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技术标准解析 - CDE纳米药物质量控制研究技术指导原则解读(二)

发布时间:2022-06-22      点击次数:112

政策解读

纳米药物质量控制研究技术指导原则


本文由马尔文帕纳科应用专家张鹏博士供稿


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为规范和指导纳米药物研究与评价,在国家药品监督管理局的部署下,药审中心组织制定了《纳米药物质量控制研究技术指导原则(试行)》、《纳米药物非临床药代动力学研究技术指导原则(试行)》《纳米药物非临床安全性评价研究技术指导原则(试行)》三项关于纳米药物研究、质控、评价的技术指导原则。并由经国家药品监督管理局审查同意,8月27日予以发布通告,三项技术指导原则自发布之日起开始施行。

其中《纳米药物质量控制研究技术指导原则》主要内容是围绕着纳米药物的安全性、有效性以及质量可控性展开的。在这三个方面,质量的可控性显得尤为重要,它一定程度上决定了药物的安全性和有效性。

在粒径表征方面,该指导意见原文如下:


原文关于粒径表征的相关表述


应选择适当的测定方法对纳米药物的粒径及分布进行研究,并进行完整的方法学验证及优化。粒径及分布通常采用动态光散射法(Dynamic light scattering,DLS)进行测定,需要使用经过认证的标准物质(Certified reference material,CRM)进行校验,测定结果为流体动力学粒径(Rh),粒径分布一般采用多分散系数(Polydispersity index,PDI)表示。除此之外,显微成像技术(如透射电镜(Transmission electron microscopy,TEM)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)和原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)、纳米颗粒跟踪分析系统(Nanoparticle tracking analysis, NTA)、小角X射线散射(Small-angle X-ray scattering,SAXS)和小角中子散射(Small-angle neutron scattering,SANS)等也可提供纳米药物粒径大小的信息。对于非单分散的样品,可考虑将粒径测定技术与其它分散/分离技术联用"


上一期我们已经和大家介绍了基于DLS技术的粒径测量,这一期我们准备和大家讲一讲纳米颗粒跟踪分析技术(NTA)测量颗粒粒径。


纳米颗粒跟踪分析技术原理

是如何进行颗粒粒径测量的呢?


激光照射溶液中的悬浮纳米颗粒,后者产生的散射光被高灵敏度的相机捕获并成像。为了得到观测区域每个颗粒的粒径大小,相机通过拍照的方式记录下每个颗粒的运动轨迹,并分析得到每个颗粒的运动速率,最终这些单个颗粒的运动速率通过斯托克斯-爱因斯坦方程转化为粒径值,整个样本的粒径分布就是由这些颗粒的粒径汇集而成(图1)。


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图1. 利用纳米颗粒跟踪分析技术(NTA)对纳米颗粒进行粒径分析(红色线条表示颗粒的布朗运动轨迹)

由于该技术是单颗粒跟踪技术,所以能提供极高精度的颗粒粒度的数量分布,既适合分析粒度分布较窄,也适合分析粒度分布较宽的样本,其粒径检测范围大致在10-2000nm之间。此外,如果样品本身具有荧光,或者能够标记上荧光素,可以单独采集其荧光信号,进而对荧光颗粒进行粒度分析,不受溶液复杂体系的影响。


NTA 和 DLS 对比实验

测量纳米级颗粒粒径该如何选择?


接下来通过粒径宽窄分布不同的样品的测量实例,着重给大家讲一下NTA和DLS在测量颗粒粒径上的相同点和区别点,方便大家更好的去选择不同的技术。


 NTA & DLS 

粒径窄分布样品


NTA 和 DLS两种技术在粒径窄分布样品上的差异,我们以200nm的聚苯乙烯颗粒(PS)为考察对象。

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DLS:Z average: 217.7 nm; PDI: 0.04827

NTA: Mean: 199.7nm; 

Mode: 196.2nm

图2 DLS、NTA表征200 nm聚苯乙烯颗粒(PS)的粒径分布


我们再将两种技术表征的结果合并到一块,看看有没有差异。

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图3 NTA和DLS测量窄分布样品合并图


从图3中我们能够看到,NTA和DLS技术都能很好的表征粒径窄分布的样品,但是NTA得到的粒径分布图比DLS的更窄。


通过图2、3我们得出如下结论:DLS和NTA都能很好的表征粒径窄分布的样品,且其平均值及主峰值都十分接近,但是NTA得到的粒径分布峰更窄,这也和其采用的单颗粒跟踪技术相符合。


 NTA & DLS 

粒径宽分布样品


再来看看宽分布的样品。我们将100 nm和200 nm的PS标准品混合后,获得粒径宽分布样品,将其做为考察对象。分别利用NTA和DLS对他们进行粒径表征:

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DLS: Z average: 206.7 nm; PDI: 0.002214

NTA: Mean: 171.4 nm; 

Mode: 194.8 nm

图4 DLS、NTA表征100、200 nm聚苯乙烯颗粒(PS)混合体的粒径分布


从图4我们可以看出来,DLS仍旧显示出一个单峰,其Z均值为206.7 nm;NTA成功将100 nm和200 nm的PS颗粒区分开来,在粒径分布图上呈现出两个明显的单峰(109 nm、195 nm),这说明NTA的粒径分辨率是要高于DLS的。

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图5 DLS和NTA测量100、200 nm聚苯乙烯颗粒(PS)混合体的粒径分布合并图


通过图5,将两种技术得到的粒径分布图合并到一块,我们可进一步发现,DLS的结果更偏向于体系中的大颗粒,较小的100 nm的信号被较多的忽略了。这说明DLS对体系中的大颗粒更敏感,而NTA对体系中大、小颗粒的敏感程度较为接近。总体来说,NTA的粒径分辨率能达到1:1.3,而DLS的粒径分辨率只能低到1:3。

 DLS&NTA 

示例:水包油乳剂


在水包油乳剂的实际样品案例中,如图6,7 DLS和NTA的粒径分布图以及两项技术的合并图显示,DLS的分辨率较低,无法分辨出体系中存在的更小的颗粒。


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DLS: Z average: 151.9 nm;  PDI: 0.09714

NTA: Mean size: 116.2 nm; Mode size: 89.1 nm

图6  DLS、NTA表征水包油乳剂的粒径分布


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图7 DLS和NTA测量水包油乳剂的粒径分布合并图




 实际案例 

NTA适用:细胞外囊泡(EV)




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 实际案例 

NTA适用:脂质纳米颗粒(LNP)




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 实际案例 

NTA适用:慢病毒




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 实际案例 

蛋白聚集体




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实际案例

NTA适用:纳米磁球




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关于马尔文帕纳科

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