這是一個SNaP：新技術為可擴展的治療性納米顆粒製造鋪平道路

這篇贊助文章由紐約大學坦登工程學院提供。

在藥物傳遞領域的一項重要進展中，研究人員開發了一種新技術，解決了一個持續存在的挑戰：可擴展的納米顆粒和微顆粒製造。這項創新由紐約大學坦登工程學院的化學與生物分子工程助理教授娜塔莉·M·平克頓 (Nathalie M. Pinkerton) 主導，旨在縮短實驗室規模藥物傳遞研究與大規模製藥生產之間的差距。

這項突破被稱為序列納米沉澱 (Sequential NanoPrecipitation, SNaP)，基於現有的納米沉澱技術，提供了改進的控制和可擴展性，這對於確保藥物傳遞技術能有效且高效地到達患者至關重要。這項技術使科學家能夠製造在實驗室環境到大規模生產中保持結構和化學完整性的藥物載體顆粒，這是將新療法推向市場的重要一步。

利用3D列印克服藥物傳遞的挑戰

納米顆粒和微顆粒在靶向藥物傳遞中具有巨大的潛力，能夠精確地將藥物直接運送到疾病部位，同時減少副作用。然而，持續穩定地大規模生產這些顆粒一直是將有前景的研究轉化為可行治療的一大障礙。平克頓解釋道：「轉化這些精確藥物的最大障礙之一是製造。透過SNaP，我們正面對這一挑戰。」

平克頓是紐約大學坦登工程學院的化學與生物分子工程助理教授。

傳統方法如快速納米沉澱 (Flash Nano-Precipitation, FNP) 在創造某些類型的納米顆粒方面取得了一定成功，但在生產較大顆粒方面常常遇到困難，而這對於某些傳遞途徑（如吸入式傳遞）至關重要。FNP製造的聚合物核心-殼納米顆粒 (NPs) 大小在50到400納米之間。這個過程涉及將藥物分子和區塊共聚物（幫助形成顆粒的特殊分子）混合在溶劑中，然後用特殊混合器迅速與水混合。這些混合器創造了微小的、可控的環境，使顆粒能夠快速而均勻地形成。

儘管FNP取得了一定成功，但它也有一些限制：無法製造穩定的超過400納米的顆粒，最大藥物含量約為70%，產量低，並且只能處理非常疏水（排水）的分子。這些問題的根源在於FNP中顆粒核心的形成和穩定化是同時進行的。新的SNaP過程通過分開核心形成和穩定化步驟來克服這些限制。

在SNaP過程中，有兩個混合步驟。首先，核心成分與水混合以開始形成顆粒核心。然後，添加穩定劑以停止核心增長並穩定顆粒。這第二步必須在第一步後的幾毫秒內迅速進行，以控制顆粒大小並防止聚集。目前的SNaP設置將兩個專用混合器串聯連接，控制步驟之間的延遲時間。然而，這些設置面臨著高成本和實現小顆粒形成所需短延遲時間的困難。

一種新的3D列印方法解決了許多這些挑戰。3D列印技術的進步現在允許創建這些混合器所需的精確狹窄通道。新的設計消除了步驟之間需要外部管道的需求，從而縮短了延遲時間並防止了洩漏。創新的堆疊混合器設計將兩個混合器結合成一個設置，使過程更加高效且易於使用。

「轉化這些精確藥物的最大障礙之一是製造。透過SNaP，我們正面對這一挑戰。」—娜塔莉·M·平克頓 (Nathalie M. Pinkerton)，紐約大學坦登工程學院

利用這種新的SNaP混合器設計，研究人員成功製造了各種載有紅藍素 (rubrene)（一種螢光染料）和西那利辛 (cinnarizine)（一種用於治療噁心和嘔吐的弱疏水藥物）的納米顆粒和微顆粒。這是首次使用SNaP製造小於200納米的納米顆粒和微顆粒。新的設置還展示了兩個混合步驟之間延遲時間在顆粒大小控制中的重要性。對延遲時間的控制使研究人員能夠獲得更大範圍的顆粒大小。此外，平克頓的團隊首次成功將疏水和弱疏水藥物包裹在納米顆粒和微顆粒中。

讓尖端技術更普及

SNaP過程不僅創新，還提供了獨特的實用性，使這項技術更易於獲得。平克頓表示：「我們分享我們混合器的設計，並展示它們可以使用3D列印製造。這種方法使學術實驗室甚至小型產業參與者能夠在不需要投資昂貴設備的情況下實驗這些技術。」

堆疊混合器示意圖，頂部為注射器連接的輸入階段，立即連接到第一個混合階段（中間）。第一個混合階段是可互換的，根據所需的顆粒大小範圍有2進口或4進口混合器選擇（虛線反溶劑流僅在4進口混合器中出現）。這一階段還包含用於第二混合步驟的流通通道。所有流在第二混合階段（底部）混合並從設備中排出。

SNaP技術的可及性可能加速藥物傳遞領域的進步，使更多的研究人員和公司能夠利用納米顆粒和微顆粒開發新療法。

SNaP項目展示了成功的跨學科合作。平克頓強調了團隊的多樣性，包括機械和過程工程以及化學工程的專家。「這確實是一個跨學科的項目，」她指出，所有團隊成員的貢獻——從本科生到博士後研究人員——對將這項技術變為現實至關重要。

除了這一突破，平克頓還將SNaP視為她更大使命的一部分，旨在開發通用藥物傳遞系統，最終通過提供多功能、可擴展和可定制的藥物傳遞解決方案來改變醫療保健。

從產業到學術：對創新的熱情

在加入紐約大學坦登之前，平克頓在輝瑞 (Pfizer) 的腫瘤研究單位工作了三年，開發用於治療實體腫瘤的新型納米藥物。她表示，這段經歷是非常寶貴的。「在產業工作讓你對可行性有了真實的看法，」她指出。「目標是進行轉化研究，這意味著它從實驗室轉化到患者的床邊。」

平克頓擁有麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology) 化學工程學士學位（2008年）和普林斯頓大學 (Princeton University) 化學與生物工程博士學位，吸引她來到紐約大學坦登的部分原因是能夠與紐約大學生態系統中的研究人員合作，她希望開發可用於控制藥物傳遞和其他生物應用的新型納米材料。

她也因為熱愛教學而進入學術界。在輝瑞，她意識到自己渴望指導學生並追求創新和跨學科的研究。「這裡的學生想成為工程師；他們想改變世界，」她回憶道。

她的平克頓研究小組專注於開發用於生物應用的響應性軟材料，範圍從控制藥物傳遞到疫苗和醫學影像。採取跨學科的方法，他們利用化學和材料工程、納米技術、化學和生物學的工具，通過可擴展的合成過程創造軟材料。他們專注於理解過程參數如何控制最終材料的性質，反過來又如何影響材料在生物系統中的行為——最終目標是開發一個通用的藥物傳遞平台，以改善各種疾病和障礙的健康結果。

她的SNaP技術代表了在有效擴大藥物傳遞解決方案的追求中一個有前景的新方向。通過以毫秒級精度控制組裝過程，這種方法為創造越來越複雜的顆粒架構開啟了大門，為未來的醫療進步提供了一種可擴展的方法。

對於藥物傳遞領域而言，未來是光明的，因為SNaP為更可及、可調整和可擴展的解決方案時代鋪平了道路。