脂質(zhì)體的基本結(jié)構(gòu)、合成組分及主要技術(shù)
脂質(zhì)體（Liposome）是一種由磷脂等兩性分子自發(fā)形成的封閉囊泡結(jié)構(gòu)，隨著納米技術(shù)、材料科學(xué)等多學(xué)科的交叉發(fā)展，脂質(zhì)體的研究與應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的階段，并在腫瘤研究、疫苗研發(fā)、基因遞送等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細(xì)胞因子、人源單抗、天然產(chǎn)物、熒光染料、多肽、靶點(diǎn)蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻(xiàn)專利引用。
一、脂質(zhì)體的基本結(jié)構(gòu)
脂質(zhì)體的基本結(jié)構(gòu)是由磷脂分子在水相中自發(fā)聚集形成的雙分子層結(jié)構(gòu)。磷脂分子具有親水的頭部和疏水的尾部，親水頭部朝向外部水相，而疏水尾部相互靠近形成內(nèi)部疏水區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)使得脂質(zhì)體的內(nèi)部能夠包裹水溶性活性物，同時(shí)也能將脂溶性物質(zhì)嵌入雙分子層中。
二、合成脂質(zhì)體的關(guān)鍵組分
合成脂質(zhì)體的關(guān)鍵組分主要包括天然或合成的脂質(zhì)、多糖、固醇以及表面活性劑。
圖1. 合成脂質(zhì)體的主要材料[1]
1.合成脂質(zhì)
合成脂質(zhì)，即非天然存在或來源于化學(xué)合成的脂質(zhì)，它們在生物學(xué)和結(jié)構(gòu)上與天然脂質(zhì)相似，具有高生物相容性和較高的純度。合成脂質(zhì)常用于構(gòu)建各種響應(yīng)性或具有其它特殊功能的脂質(zhì)體（例如溫敏性脂質(zhì)體），以及用于構(gòu)建DNA/RNA相關(guān)的轉(zhuǎn)染和遞送載體。
·DLin-MC3-DMA
DLin-MC3-DMA （MC-3，RV-28，AbMole，M9382）是一種可電離的陽離子脂質(zhì)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：其頭部含有1個(gè)叔胺基團(tuán)（pKa≈6.5），在生理pH下呈中性，在酸性內(nèi)體環(huán)境中質(zhì)子化帶正電；尾部包含兩個(gè)由亞油酸組成的疏水長鏈，具有較強(qiáng)的膜融合能力；在頭尾部之間是一個(gè)由短碳鏈（C3）組成的連接基團(tuán)，用于平衡親疏水性質(zhì)。DLin-MC3-DMA是一種siRNA的高效載體，對多種細(xì)胞均具有較高的轉(zhuǎn)染效率。此外，DLin-MC3-DMA還可用于mRNA疫苗的負(fù)載和在動(dòng)物體內(nèi)的遞送。
·SM-102
SM-102（AbMole，M22501）是一種可電離的陽離子脂質(zhì)，廣泛應(yīng)用于脂質(zhì)體，特別是核酸及mRNA疫苗遞送相關(guān)脂質(zhì)體的合成。SM-102的結(jié)構(gòu)由親水且?guī)д姾傻念^部、連接基團(tuán)和一個(gè)疏水的尾部組成。其頭部在酸性環(huán)境中可以質(zhì)子化，形成正電荷，從而與帶負(fù)電荷的核酸（如mRNA）通過靜電作用結(jié)合。此外，SM-102在脂質(zhì)納米顆粒中能夠引起內(nèi)涵體膜不穩(wěn)定，有助于脂質(zhì)納米顆粒從內(nèi)涵體中逃逸，從而提高藥物或基因的遞送效率。
·C12-200
C12-200（AbMole，M22499）是一種在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域有重要用途的可電離陽離子類脂質(zhì)和輔助脂質(zhì)。C12-200是一種高效的mRNA運(yùn)輸載體，能有效封裝相應(yīng)的mRNA并使其進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，C12-200還可用于合成脂質(zhì)納米顆粒，并作為siRNA或CRISPR的遞送系統(tǒng)。
·ALC-0159
ALC-0159（AbMole，M49795）是一種PEG化的脂質(zhì)賦形劑，廣泛應(yīng)用于脂質(zhì)體的合成，尤其是在mRNA疫苗的研發(fā)中。ALC-0159自帶的PEG鏈能夠顯著增加納米粒子在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。通過PEG化修飾可以減少脂質(zhì)體的蛋白質(zhì)吸附，減少免疫系統(tǒng)對納米粒子的識別和清除。ALC-0159的存在可以減少納米顆粒表面的免疫原性，這種特性使得ALC-0159在mRNA疫苗的遞送中表現(xiàn)出色。
·Surfactin
Surfactin（表面活性素，AbMole，M9921）是一種由枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）產(chǎn)生的環(huán)狀脂肽類表面活性劑，Surfactin具有很強(qiáng)的表面活性，能夠降低脂質(zhì)體表面的張力，從而增強(qiáng)脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。其環(huán)狀結(jié)構(gòu)和親水性頭部使其能夠嵌入脂質(zhì)體的磷脂雙層中，形成穩(wěn)定的界面。
·DOTAP（1,2-二油酰基-sn-甘油-3-三甲基銨丙烷）
DOTAP（AbMole，M9810，1,2-Dioleoyl-3-trimethylammonium-propane）是一種陽離子脂質(zhì)，其帶的正電荷由分子結(jié)構(gòu)中的三甲基氨基團(tuán)提供。DOTAP的正電荷使其能夠與帶負(fù)電荷的DNA或RNA形成復(fù)合物，保護(hù)核酸免受核酸酶的降解，并通過內(nèi)吞作用被細(xì)胞攝取，從而實(shí)現(xiàn)基因的高效轉(zhuǎn)染。
·DPPC（二棕櫚酰磷脂酰膽堿）
DPPC（AbMole，M14369，1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine）具有較高的相變溫度（41℃），在低于相變溫度時(shí)，它以液晶凝膠相存在，分子排列較為緊密；當(dāng)溫度升高至相變溫度以上時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕�，分子的流�?dòng)性增加�；谝陨咸匦�，DPPC常被用于構(gòu)建溫敏性脂質(zhì)體。
·DOPC（1,2-二油�；�-sn-甘油-3-磷脂酰膽堿）
DOPC（AbMole，M10119，1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine）屬于磷脂酰膽堿類化合物，其分子結(jié)構(gòu)由一個(gè)膽堿基團(tuán)、一個(gè)磷酸基團(tuán)、一個(gè)甘油骨架以及兩條油�；舅徭溄M成。DOPC中的不飽和脂肪酸鏈（油�；┦沟弥|(zhì)體在生理溫度下保持較高的流動(dòng)性。DOPC可以與陽離子脂質(zhì)（如DOTAP）混合，形成復(fù)合物，用于基因轉(zhuǎn)染。
·DSPC（1,2-二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷脂酰膽堿）
DSPC（AbMole，M10121，1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphorylcholine）具有長的飽和脂肪鏈，可形成穩(wěn)定的脂雙層結(jié)構(gòu)并提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。DSPC的脂肪酸鏈比DPPC長，這使得DSPC的分子更大，相變溫度更高。DSPC廣泛用于mRNA疫苗的載體，具有較長的體內(nèi)半衰期。
·DOPE（1,2-二油�；�-sn-甘油-3-磷脂酰乙醇胺）
DOPE（AbMole，M9951，1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine）的脂肪酸鏈?zhǔn)遣伙柡偷模ê须p鍵），這使得DOPE的分子更靈活，相變溫度更低。DOPE更適合用于構(gòu)建需要高流動(dòng)性的脂質(zhì)體遞送載體，如基因轉(zhuǎn)染。
·DLinDMA（1,2-二油�；�-3-二甲基氨基丙烷）
DLinDMA（AbMole，M14954， 1,2-dilinoleyloxy-3-dimethylaminopropane）是一種可電離的陽離子脂質(zhì)，其結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)主要區(qū)域：疏水的烴鏈、連接鏈和頭部基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)可質(zhì)子化的叔胺基團(tuán)。由DLinDMA合成的脂質(zhì)體可用于siRNA遞送。此外，DLinDMA廣泛用于多種脂質(zhì)體納米顆粒的構(gòu)建，并作為遞送載體，在mRNA疫苗、基因、化合物等生物活性物質(zhì)的遞送等領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。
·CKK-E12
CKK-E12（AbMole，M22498）是一種新型的脂質(zhì)材料，具有良好的生物相容性和穩(wěn)定性。CKK-E12的分子結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)油酸鏈（C18:1）和一個(gè)可質(zhì)子化的叔胺頭部。CKK-E12具有可電離的性質(zhì)，常與其他脂質(zhì)結(jié)合構(gòu)成脂質(zhì)納米顆粒。CKK-E12具有 pH 敏感性，在低 pH 值下帶正電，有較強(qiáng)的核酸結(jié)合能力，而在血液 pH 值（pH7.4）下大部分不帶電，因此具有較長的循環(huán)時(shí)間。此外，CKK-E12 在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中對肝細(xì)胞具有高度選擇性，因此在肝臟研究中具有獨(dú)特優(yōu)勢。
·DOTMA
DOTMA（AbMole，M10137，N,N-Dioleoyl-N,N-dimethylamidinium）也是一種陽離子脂質(zhì)，可用于封裝多種核苷酸分子，并用于體外基因轉(zhuǎn)染。DOTMA 通過自身攜帶的正電荷，促進(jìn)脂質(zhì)體與細(xì)胞膜的有效相互作用。含有DOTMA的脂質(zhì)體具有良好的膜融合特性，能夠與細(xì)胞膜高效融合，將包裹的分子釋放到細(xì)胞內(nèi)部。
2.天然脂質(zhì)和其他天然組分
在實(shí)驗(yàn)中常用于合成脂質(zhì)體的天然組分主要有磷脂、鞘脂、甾醇、多糖、固醇等幾個(gè)大類。
·磷脂
天然磷脂是動(dòng)物細(xì)胞膜中最常見的組分之一，也是合成脂質(zhì)體的核心成分。常用于合成脂質(zhì)體的天然磷脂主要包括卵磷脂（Phosphatidylcholine，PC，AbMole，M3163）、磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol, PI，AbMole，M30027）、磷脂酰乙醇胺（Phosphatidylethanolamine，PE，AbMole，M18150）等[2]。上述天然磷脂可以經(jīng)過進(jìn)一步修飾，進(jìn)而具有更好的穩(wěn)定性或其他特性，例如，磷脂酰乙醇胺（PE）通常通過胺基與聚乙二醇綴合以增加脂質(zhì)體的生物相容性，保持穩(wěn)定性。
·甾醇
甾醇有三種亞型：植物甾醇、動(dòng)物甾醇和真菌甾醇，它們分別存在于植物、動(dòng)物和微生物中。膽固醇是一種內(nèi)源性兩親性動(dòng)物甾醇，是哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜的重要組成部分。在細(xì)胞膜內(nèi)，膽固醇（Cholesterol，AbMole，M2516）主要存在于脂筏中，它在調(diào)節(jié)膜完整性和脂筏功能的過程中發(fā)揮重要作用[3]。 脂質(zhì)體制劑中膽固醇的摻入已被證明可增加體內(nèi)穩(wěn)定性并降低了脂質(zhì)雙層的泄漏。與缺乏膽固醇的對照組相比，脂質(zhì)體制劑中加入20%-50%的膽固醇后，體內(nèi)穩(wěn)定性增加[4, 5]。除此之外，提取自酵母細(xì)胞中的麥角甾醇（Ergosterol，AbMole，M4304）可用作膽固醇的替代品，尤其是在需要避免動(dòng)物來源成分的情況下，它能夠調(diào)節(jié)脂質(zhì)體膜的流動(dòng)性和穩(wěn)定性[4]。
·多糖
多糖在細(xì)胞通訊中發(fā)揮著重要作用，它們存在于細(xì)胞膜中，參與細(xì)胞和組織的識別過程以及某些轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。用寡糖或多糖包被脂質(zhì)膜可以將脂質(zhì)體靶向特殊的細(xì)胞受體或延長體內(nèi)循環(huán)。多糖具有額外的特性，使其非常適合用于構(gòu)建脂質(zhì)體，例如抗病毒、抗細(xì)菌和抗腫瘤特性。脂質(zhì)體制劑中常用到的多糖是殼聚糖（Chitosan，AbMole，M9632）和透明質(zhì)酸（Hyaluronic Acid，AbMole，M25431）[6]。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學(xué)用于動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)科研成果發(fā)表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
3.表面活性劑
表面活性劑是一種可降低其所結(jié)合的液體的表面張力的分子，是脂質(zhì)體合成過程中關(guān)鍵的添加劑之一。脂質(zhì)體合成中較常用到的表面活性劑主要有以下幾類：膽酸鈉（Cholic acid sodium，AbMole，M14359）、司盤60（Span 60，AbMole，M42810）、吐溫80（Tween 80，AbMole，M50248）。上述表面活性劑常用于對脂質(zhì)體進(jìn)行改性，以便脂質(zhì)體實(shí)現(xiàn)對特殊內(nèi)容物的負(fù)載。例如使用具有正電位的膽酸鈉與帶負(fù)電荷的成分（如DNA）結(jié)合。表面活性劑的類型和濃度可用于提高脂質(zhì)體的包封和遞送效率[7]。
三、合成脂質(zhì)體的主要技術(shù)
合成脂質(zhì)體的主要方法有多種，每種方法都有其獨(dú)特的操作步驟和適用場景。以下是幾種常見的脂質(zhì)體合成方法的概述：
1.薄膜分散法（Thin Film Hydration）
薄膜分散法是制備脂質(zhì)體的經(jīng)典方法。首先，將脂質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑（如氯仿或乙醚）中，然后通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)或氮?dú)獯蹈傻姆绞皆谌萜鞅谏闲纬删鶆虻谋∧�。隨后，加入適量的水相（如生理鹽水或緩沖液）使薄膜水化，形成多層脂質(zhì)體。為了獲得更小且均勻的脂質(zhì)體，通常需要進(jìn)一步的處理，如超聲處理或通過微孔膜擠出。
2.乙醇注入法（Ethanol Injection）
乙醇注入法是一種快速制備脂質(zhì)體的方法。將脂質(zhì)溶解在乙醇中，然后將此溶液快速注入到含有水相的攪拌容器中。乙醇的快速擴(kuò)散導(dǎo)致脂質(zhì)分子在水相中迅速聚集形成脂質(zhì)體。此方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單且無需有機(jī)溶劑的蒸發(fā)，但需要控制乙醇的注入速度和攪拌條件，以避免脂質(zhì)體的過度聚集。
3.逆相蒸發(fā)法（Reverse Phase Evaporation）
逆相蒸發(fā)法適用于制備負(fù)載水溶性活性物質(zhì)的脂質(zhì)體。首先，將脂質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中，然后加入含有要負(fù)載的生物活性物質(zhì)的水相，形成水包油乳液。通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除有機(jī)溶劑，形成脂質(zhì)體。此方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⑺苄曰衔锇d在脂質(zhì)體的水相中，但操作相對復(fù)雜，需要精確控制蒸發(fā)條件。
4.超聲法（Ultrasonication）
超聲法是通過超聲波的機(jī)械作用來制備脂質(zhì)體。將脂質(zhì)溶解在有機(jī)溶劑中，蒸發(fā)形成薄膜后，加入水相使薄膜水化。然后，利用超聲波的能量使脂質(zhì)體分散成更小的尺寸。此方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠制備較小且均勻的脂質(zhì)體，但需要注意超聲時(shí)間和功率，以避免脂質(zhì)體的破裂。
5.擠出法（Extrusion）
擠出法是制備均勻脂質(zhì)體的有效方法。首先，通過薄膜分散法或其他方法制備出粗脂質(zhì)體，然后將脂質(zhì)體溶液通過聚碳酸酯膜或其他類型的擠出膜進(jìn)行擠出。通過多次擠出，可以得到尺寸均一的脂質(zhì)體。此方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠精確控制脂質(zhì)體的尺寸，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
脂質(zhì)體合成的常用材料：
- 名稱 中文名稱 目錄號
- ALC-0159 M49795
- C12-200 M22499
- Ceramide 神經(jīng)酰胺 M58114
- Chitosan 殼聚糖 M9632
- Cholesterol 膽固醇 M2516
- Cholic acid sodium 膽酸鈉 M14359
- CKK-E12 M22498
- DLinDMA 1,2 -二油酰基-3-二甲基氨基丙烷 M14954
- DLin-MC3-DMA 1,2 -二亞油基-sn-甘油-3-二甲基氨基丙基 M9382
- DOPC 1,2 -二油�；�-sn-甘油-3-磷脂酰膽堿 M10119
- DOPE 1,2 -二油酰基-sn-甘油-3-磷脂酰乙醇胺 M9951
- DOTAP 1,2 -二油�；�-sn-甘油-3-三甲基銨丙烷 M9810
- DPPC 二棕櫚酰磷脂酰膽堿 M14369
- DSPC 1,2- 二硬脂酰基-sn-甘油-3-磷脂酰膽堿 M10121
- Ergosterol 麥角甾醇 M4304
- Hyaluronic Acid 透明質(zhì)酸 M25431
- Phosphatidylcholine 卵磷脂 M3163
- Phosphatidylethanolamine 磷脂酰乙醇胺 M18150
- Phosphatidylinositol 磷脂酰肌醇 M30027
- Phosphatidylserine 磷脂酰絲氨酸 M10255
- SM-102 M22501
- Span 60 司盤60 M42810
- Span 80 司盤80 M50244
- Sphingomyelin 鞘磷脂 M49452
- Sphingosine 鞘氨醇 M20681
- Surfactin 表面活性素 M9921
- Tween 80 吐溫80 M50248
參考文獻(xiàn)
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