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）

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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#

2022 

 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）。

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。

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。

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：

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。

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的粒径分辨率最 低只能到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。

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

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）

 实际案例 

NTA适用：脂质纳米颗粒（LNP）

 实际案例 

NTA适用：慢病毒

 实际案例 

蛋白聚集体

实际案例

NTA适用：纳米磁球 

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