脂质体是脂质通过自组装形成闭合球状结构,由单层脂质双分子层,或是多层同心脂质双分子层构成,内部包裹有水相核心腔室。脂质体粒径范围为 30 纳米至数微米,磷脂双分子层的膜厚约 4 至 5 纳米。脂质体由英国科学家A.D. Bangham及其团队于 1961 年偶然发现。研究团队观察到,磷脂分散在水相中时会自发形成闭合囊泡;他们于 1964 年首次发表脂质体的结构相关研究,并在 1968 年正式启用 “脂质体(liposomes)” 这一名称,该名称沿用至今。
脂质体最早由 A.D. Bangham于 1965 年完整阐明。他是血液学家,也是脂质体的发现者。1921 年 11 月 10 日,Bangham生于英国曼彻斯特;2010 年 3 月 9 日,于英国大谢尔福德离世(From “Banghasomes” to liposomes)。脂质体最初曾被称作 “Banghasomes”,后更名为脂质体。他研究发现,两亲性磷脂分子分散于水中后,会自发组装成囊泡结构;囊泡内部存在多层同心磷脂双分子层,层与层之间被水相隔开。每层双分子层内部,疏水脂肪酸链两两相对;而脂肪酸的亲水头部基团则朝向双分子层外侧,与水相充分接触。
Structure of conventional liposome encapsulating hydrophilic and hydrophobic drugs Copyright (Pharmaceutics 2020, 12(3), 264)
制备脂质体所用水溶液中溶解的亲水性分子(Hydrophilic molecules),可被包封在磷脂双分子层之间的水相区域;疏水性分子(hydrophobic molecule)则可结合于磷脂双分子层骨架。希腊裔英国科学家GREGORY GREGORIADIS (Greece / UK)首次提出脂质体作为生物与医药领域药物载体的设想,并开启了相关应用研究,建立了药物载体理论。
脂质体原料具备可生物降解、生物相容性佳、无毒、无免疫原性等特性,因此在处于临床阶段的纳米疗法中占据重要比重。首款细胞毒性抗癌药物阿霉素脂质体制剂于20世纪90年代初上市。如今,脂质体已成功适配各类给药途径,同时其在解决各类生物医学难题中的应用也在持续拓展。
脂质体的两亲性磷脂双分子层结构与哺乳动物细胞膜高度相似,这一特性使脂质体能够与细胞膜高效结合,并随后被细胞有效摄取。除此之外,可向脂质体表面偶联配体,提升靶向受损细胞的特异性与递送效率,进而优化脂质体的药代动力学性能、增强其穿透靶细胞膜的能力,使药物在细胞内富集,降低毒副作用,提升治疗效果。
脂质体粒径跨度为几十至数百纳米,主要成分为磷脂,通常会搭配胆固醇以提升结构稳定性。脂质体的制备工艺包含干膜水化、机械搅拌等步骤。行业依据粒径大小与脂质双分子层数量对脂质体进行分类,主要分为小单室脂质体(SUVs)、大单室脂质体(LUVs)以及多室脂质体(MLVs)。脂质体拥有极强的装载适配性,既能包载亲水药物,也可负载疏水药物,是靶向药物递送领域不可或缺的载体材料。
答疑解惑
1.脂质体的主要成分是什么?
脂质体的基础组成成分一般为两亲性磷脂与胆固醇:磷脂构成脂质双分子层骨架,胆固醇则起到支撑、稳定双分子层结构的作用。常用磷脂分为鞘脂与甘油磷脂两大类,二者分子均包含亲水头部与疏水尾部区域。在水环境中,受疏水作用及其他分子间作用力驱动,磷脂分子会自发排列组装形成脂质体。而胆固醇可促进脂质链聚集、助力双分子层成型,同时降低膜层流动性,减少水溶性药物跨膜渗漏。
2.脂质体是什么形状?
脂质体通常呈球形,但其形态会根据内部脂质双分子层层数产生差异。结构简单的脂质体为单室脂质体(仅一层脂质双分子层);结构更复杂的则为多室脂质体(多层脂质双分子层堆叠,层与层之间存在水相区域)。脂质体的结构会直接影响自身稳定性以及药物释放特性。
3.脂质体有哪些常见类型?
• 单室脂质体(ULVs):仅一层脂质双分子层,稳定性佳、制备简便,非常适用于药物递送。
• 多室脂质体(MLVs):拥有多层脂质双分子层,药物包载容量更大,但制备工艺更为复杂。
• 小单室囊泡(SUVs):粒径微小,通常为 20–100 纳米,适合靶向给药。
• 大单室囊泡(LUVs):粒径大于 100 纳米,内部可容纳更多药物。
4.脂质体是疏水还是亲水的?
脂质体具有两亲性,即同时兼具亲水性与疏水性。磷脂分子的亲水头部与水相结合,而疏水尾部彼此靠拢,共同构成脂质双分子层。凭借该结构,脂质体既能将水溶性药物包裹在内部水相核心,又能把脂溶性药物包载于脂质双分子层中
5.脂质体具备哪些特性?
• 包封率:脂质体可包载多种药物,既包含水溶性化合物,也涵盖脂溶性化合物。
• 生物相容性:脂质双分子层与天然细胞膜结构相似,能够降低引发免疫反应的风险。
• 生物可降解性:脂质体可分解为脂肪酸、甘油等无毒副产物,长期使用安全性高。
• 多功能可调性:可定制脂质体的粒径、表面电荷与脂质组分,实现靶向给药和药物控释。
• 降低药物毒性:通过调控药物释放速率,脂质体能够减轻部分药物带来的副作用。
6.脂质体的粒径与表面电荷会如何影响其功能?
粒径小于 100 纳米的小型脂质体血液循环半衰期更长,也更容易被细胞摄取;粒径大于 100 纳米的大型脂质体则更容易富集在肝脏、脾脏等特定脏器中。除此之外,阴离子型(带负电)脂质体被免疫系统清除的概率更低;阳离子型(带正电)脂质体可提升细胞摄取效率,但它会与细胞膜发生相互作用,可能带来更高的细胞毒性。
7.脂质体有哪些药物控释机制?
通过特殊设计,脂质体可借助多种机制释放内部包载的药物:
• pH 响应释药:靶向肿瘤等酸性微环境,脂质体抵达后释放所载药物。
• 温度敏感释药:接触特定温度时触发药物释放。
• 酶促响应释药:遇靶组织内特异性酶即释放药物,常用于肿瘤治疗。
• 脂质体膜融合:特定条件下脂质体可与细胞膜融合,将药物直接释放至细胞内部。
以上各类机制可实现药物的可控、靶向递送。
8.脂质体与纳米颗粒有什么区别?
脂质体主要由磷脂构成,内部拥有水相核心;而纳米颗粒的制备原料种类繁多,脂质、高分子材料、金属等均可作为原料。脂质体具备脂质双分子层结构,纳米颗粒则不一定拥有该结构。纳米颗粒的粒径通常小于脂质体,更适合递送脂溶性药物;脂质体适用范围更广,水溶性、脂溶性药物均可包载。
9.脂质体与微球有什么区别?
脂质体为球形囊泡,拥有一层或多层脂质双分子层,用于实现药物控释。与之不同,微球是实心或中空颗粒,原料多为高分子或陶瓷材料,粒径通常达到微米级别。脂质体更适用于水溶性药物递送,微球则常用来装载大分子药物,或是制备长效缓释制剂。
10.脂质体与脂质双分子层有何区别?
脂质双分子层是脂质分子的一种排布结构:磷脂亲水头部朝外,疏水尾部朝内相互贴合。
而脂质体是由一层或多层脂质双分子层围成的球形囊泡结构,内部形成密闭水相空腔,可在该空腔内包裹药物、水溶液或其他生物活性物质。
11.脂质体如何制备?
制备脂质体的常用工艺包括薄膜水化法、反相蒸发法,超声波处理法,挤出法与微流体技术法。薄膜水化法的操作流程为:先将脂质溶于有机溶剂,随后蒸除溶剂形成脂质薄膜,再用含有药物的水溶液对薄膜进行水化。微流控等其他制备工艺则可精准调控脂质体粒径与包封率。
12.脂质体的制备工艺是什么?
制备脂质体时,先将脂质原料溶解于有机溶剂,再通过挥发除去溶剂得到脂质薄膜;随后在利于囊泡生成的环境下,用水溶液对脂质薄膜进行水化处理。研究人员可根据目标脂质体的粒径、载药量等性能需求,灵活选用脂质种类并调整水化工艺。
13.如何对脂质体进行功能化修饰?
可对脂质体开展功能化改造,以此提升药物靶向能力并延长体内循环时长。聚乙二醇修饰(PEG 化)能够降低免疫系统对脂质体的识别,延长其血液循环时间;配体靶向修饰是将特异性配体(例如抗体、多肽)连接至脂质体表面,引导脂质体定向结合靶细胞;此外,改变脂质体表面电荷,同样可以调控细胞摄取效率以及脂质体与细胞膜的相互作用。
14.脂质体的储存条件是什么?
短期保存脂质体通常需置于 2~8℃环境;长期储存则采用冷冻或冻干工艺。在稳定剂共存条件下冻干,能够维持储存过程中脂质体结构完整。若制剂搭载遇光易分解的药物,还需避光容器储存。
15.如何保障脂质体的稳定性?
可通过选用适配脂质、添加胆固醇等稳定剂,以及采用冻干工艺实现长期储存等方式保障脂质体稳定性。包载药物种类、温度、pH 值等环境因素同样会影响脂质体稳定程度。脂质体制剂通常会开展药物渗漏、粒径分布、释药曲线等检测,以此确认脂质体结构完整。
16.脂质体生产需重点考量哪些关键因素?
核心考量因素包含脂质组分(磷脂、胆固醇等)、粒径与表面电荷、制备工艺(挤出法、超声法等)、储存环境下的稳定性以及实际应用场景(药物递送、基因治疗等)。原材料品质与工艺放大生产能力也尤为关键。
17.什么是脂质体的载药量?
载药量指脂质体内部能够负载的药物总量,数值高低取决于药物溶解度以及脂质体制备工艺。一般而言,脂质体载药量范围为总质量的 1%~10%,水溶性药物与脂溶性药物的载药量存在差异。
18.什么是脂质体的包封率?
包封率是指成功载入脂质体内的药物占药物初始投料总量的百分比。受药物理化性质、脂质体生产工艺影响,包封率区间通常为 30%~90%。
19.如何评价脂质体的载药能力?
采用紫外 - 可见分光光度法、高效液相色谱(HPLC)、荧光光谱法等定量手段测定脂质体内药物含量,以此评估载药能力。上述检测方法可测定药物浓度,并用于计算包封率。
20.脂质体的表面修饰如何影响其靶向能力?
表面修饰可大幅提升脂质体靶向效果。PEG 化修饰能够延长脂质体体内循环时长;配体靶向修饰则可引导脂质体定向作用于特定细胞或组织。同时,表面电荷会改变脂质体与细胞的相互作用,提升靶细胞对脂质体的摄取效率。靶向型脂质体能够提高药物递送效率,降低脱靶副作用。
21.脂质体的膜通透性与稳定性如何影响其体内药效?
脂质体膜通透性直接决定药物释放行为:通透性过高会造成药物提前泄漏,通透性过低则会导致药物释放滞后。而良好的稳定性能够保证脂质体在体内维持完整结构,避免脂质体提前降解、药物过早释放,进而提升靶向递送效果与整体治疗效果。
22.脂质体长期储存如何维持稳定性?
可通过添加抗氧化剂等稳定剂、低温储存或冻干处理等方式维持脂质体储存稳定性。配套合规包装与全程冷链物流,也能避免脂质体在长期储存与运输过程中发生降解。