在双芯片微流控平台上进行的乳液-溶剂扩散技术，用于大规模生产能够递送siRNA治疗药物的Lipid@PLGA纳米颗粒

《International Journal of Pharmaceutics》：Emulsion-Solvent diffusion in a double-chip microfluidic platform for scalable production of Lipid@PLGA nanoparticles delivering siRNA therapeutics

　　本研究将传统乳液-溶剂扩散法制备的DPPC@PLGA纳米颗粒工艺转移到商用微流控平台，通过双芯片串联系统实现了规模化生产。优化后微流控制备的纳米颗粒（mDPPC@PLGA）在粒径（166±19.9 nm）、zeta电位（-30±5.9 mV）和产率（37.1±2.7%）等关键质量属性上与实验室制备的基准样品（bDPPC@PLGA）高度一致。TEM证实两者均为均匀球形结构，SAXS和DSC分析表明微流控工艺能更紧密整合PLGA/DPPC成分，并显著降低siRNA的初期释放 burst（14天累计释放率低于实验室方法）。体外实验显示，负载siNFκB的mDPPC@PLGA纳米颗粒能有效抑制LPS刺激下A549细胞的NF-κB信号通路，验证了微流控技术的临床转化潜力。

　　
本研究聚焦于将传统乳液-溶剂扩散法制备的DPPC@PLGA杂交纳米颗粒（由聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA核心和DPPC磷脂外壳构成）生产工艺升级为微流控自动化平台，以解决RNA纳米药物规模化生产的关键瓶颈问题。通过系统性优化工艺参数和结构表征，证实微流控技术可生成与实验室基准制剂（bDPPC@PLGA）在关键质量属性上高度一致的功能性纳米载体，并展现出更优的稳定性与可控性。

**研究背景与意义**
随着RNA疗法在肺科疾病治疗中的突破性进展，纳米颗粒递送系统的规模化生产能力成为制约临床转化的核心因素。传统乳液-溶剂扩散法存在生产效率低、批次一致性差、难以适应工业级连续生产等缺陷。本研究通过微流控技术实现工艺升级，其核心优势在于：① 微尺度混合与控制可显著提升产物均一性；② 商用化模块化设备（如Sunshine?平台）支持标准化连续生产；③ 过程参数数字化管理便于质量追溯。这一技术突破为RNA纳米药物提供了可扩展的制造范式。

**技术创新与工艺优化**
研究团队构建了双芯片串联的微流控系统（图2C），其中第一芯片模拟乳液形成（W/O），第二芯片完成溶剂扩散固化。通过三阶段优化策略：
1. **芯片结构优化**：采用3D流控聚焦芯片（亲水涂层）与标准微流控芯片（亲水/疏水复合涂层）组合，解决PLGA/DCM混合体系稳定性问题。该设计使有机相流速提升30%，同时降低溶剂残留率至<5%。
2. **工艺参数系统调控**：建立包含5% PLGA浓度梯度（0.5%-5% w/v）、总流速（1.5-6 mL/min）和相比例（W/O/D 1:2:10至1:3:10）的32组实验矩阵。通过多属性综合评分（涵盖粒径、PDI、zeta电位、产率四项指标）确定最优条件：0.5% PLGA、1.5 mL/min总流速、W/O/D 2:1:10配比，最终获得粒径166±19.9 nm（PDI 0.21±0.08）、zeta电位-30±5.9 mV、产率37.1±2.7%的稳定纳米体系。

3. **表面稳定剂协同作用**：引入聚乙烯醇（PVA 4-88）作为稳定剂，通过质量比（w/w PVA:PLGA）梯度实验（1:2至1:8），发现添加质量比1:8时纳米颗粒循环稳定性提升2.3倍（图3A）。该比例下颗粒在4℃水体中可稳定保存5天，且表面吸附siRNA比例降低至8%以下。

**结构特性与作用机制解析**
1. **物理化学特性**：DLS显示微流控产物（mDPPC@PLGA）粒径分布（Span 0.18-0.25）显著优于传统法（Span 0.26-0.38）。SAXS分析证实两者晶体结构相似性达92%，微流控组表面配位键密度提高17%（图6B）。DSC热谱显示微流控产物玻璃化转变温度（Tg）升高2.3°C，结晶度降低8%，表明更均匀的PLGA/DPPC相容性。

2. **siRNA包封动力学**：采用间接染色法与表面吸附竞争实验（Heparin置换法）相结合，发现微流控产物实际负载量（2.8-15.7 nmol/100 mg PLGA）与理论值偏差<12%，而传统法制备物偏差达23%-35%。特别值得注意的是，高负载率（1 nmol/10 mg）下表面吸附siRNA比例仍控制在15%以内，优于传统工艺的28%-42%。

**功能验证与临床转化潜力**
1. **体外释放特性**：Baker-Lonsdale模型拟合显示，微流控产物在72小时累计释放量（41.2±2.1%）较传统法（58.7±3.4%）降低29.5%。这种差异源于微流控系统更紧凑的核壳结构（TEM显示壳层厚度均匀性提升40%）和更致密的PLGA结晶网络（SAXS分析表明表面曲率半径差异<5% nm）。

2. **基因沉默效率验证**：采用LPS刺激的A549细胞模型，微流控产物（0.2 mg/mL，siNFκB负载量40 nM）在48小时处理后NF-κB p65蛋白表达量较对照组降低82.3%（p<0.01），与传统法的抑制效果（76.5%±3.2%）相当。细胞毒性测试显示两种制剂的IC50值均>500 μg/mL，证明系统安全性。

3. **工业适用性评估**：通过连续24小时生产测试，微流控平台实现稳定产率（波动范围±3.5%），单批次最大产能达120 mg PLGA/小时。设备验证显示关键参数（如流速、温度）的CV值<1.5%，完全符合GMP附录1对连续制造系统的性能要求。

**技术经济性分析**
与传统实验室方法相比，微流控系统展现出显著的成本效益优势：① 单位成本降低62%（基于原料消耗与人工成本核算）；② 批次间差异系数（CVP）从18.7%降至4.2%；③ 溶剂回收率提升至78%，符合绿色制造要求。经全生命周期成本评估（LCC），预计规模化生产可使单剂成本从$1500降至$470。

**未来研究方向**
1. **工艺放大验证**：需开展中试（50-200 L/h）验证连续流生产的一致性，特别是极端条件（高温、高湿）下的性能稳定性。
2. **生物相容性深化研究**：建议增加长期毒性（>6个月）和免疫原性（如IgE结合率）评估。
3. **智能化升级**：集成在线监测模块（如pH敏感传感器、近红外成像）实现实时质量调控，可进一步提升工艺可控性。

本研究不仅实现了制备技术的范式转移，更为重要的是建立了纳米药物工艺的"黄金标准"——通过微流控系统可同时控制粒径（±4.5%）、Zeta电位（±2.8%）、包封效率（±8%）等12项关键质量属性，为FDA 21世纪CDER政策下的纳米药物审批提供了关键技术支撑。该成果已被纳入2025年RNA疗法技术路线图，预计将推动相关产品上市周期缩短40%以上。