導(dǎo)讀

隨著藥學(xué)與合成化學(xué)的發(fā)展，以載藥顆粒為代表的藥物控制釋放體系逐漸成為了提高藥物利用率、安全性以及有效性的利器。在載藥顆粒的制備過程中，如何確保載藥顆粒正確承載對應(yīng)藥物并避免外源顆?；烊胧茄芯康闹刂兄?。在眾多分析方法中，紅外光譜因其專屬性強(qiáng)（幾乎每種藥物都有自己的特征紅外光譜）、整體性突出（可提供整個藥物的結(jié)構(gòu)信息，而非某一藥物的某一功能基團(tuán)）成為了藥物鑒別普及率高且應(yīng)用廣泛的一種方法。而傳統(tǒng)紅外光譜存在空間分辨率不足、制樣要求頗高等問題，很難進(jìn)行高精度無損的藥物鑒別，尤其是對溶劑中的藥物分析更為困難。

創(chuàng)新性mIRage紅外

針對現(xiàn)存問題，美國PSC公司基于創(chuàng)新性的光學(xué)光熱紅外（O-PTIR）技術(shù)研發(fā)推出了全新非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)——mIRage。該系統(tǒng)不僅具備傳統(tǒng)FTIR的所有特性，還將分辨提高至500 nm，可在亞微米尺度上實(shí)現(xiàn)藥物載體與藥物的觀測，有助于研究藥物載體的化學(xué)性質(zhì)與藥物在載體上的分布，排除外源顆粒的污染。mIRage還能夠在不接觸樣品的情況下進(jìn)行檢測，極大的簡化了樣品制備過程，全程對樣品無污染，并且沒有米氏散射問題，可在不平整的表面上取得良好的譜線。其特有的檢測機(jī)制能夠很大限度上避免水的干擾，真正實(shí)現(xiàn)多種環(huán)境下對載藥顆粒的檢測。

非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)——mIRage

為助力國內(nèi)在藥物等前沿領(lǐng)域的發(fā)展，2020年，Quantum Design中國與美國PSC公司達(dá)成協(xié)議，成為其在中國代理，攜手將非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)—mIRage系統(tǒng)引入國內(nèi)。設(shè)備引入至今，已助力中國科研工作者取得一個又一個重大突破：

一、治療2型糖尿病的利拉魯肽緩釋微球研究

中科院過程工程研究所馬光輝院士團(tuán)隊(duì)研發(fā)了用于治療 2 型糖尿病有效期長達(dá)1個月的利拉魯肽緩釋微球，并利用mIRage對利拉魯肽微球的藥物與載藥顆粒的化學(xué)成分與空間分布進(jìn)行了鑒定，該成果以《Development of 1 Month Sustained-Release Microspheres Containing Liraglutide for Type 2 Diabetes Treatment》為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

利拉魯肽被廣泛地應(yīng)用于2型糖尿病的治療，但其藥物半衰期為11～15小時，需每日服用，患者依從性較差。該團(tuán)隊(duì)針對這一問題，采用了W1/O/W2法結(jié)合預(yù)混膜乳化技術(shù)，研制出了可以緩釋1個月的利拉魯肽微球，獲得了>8%的載藥量和>85%包封率，驗(yàn)證了利拉魯肽微球有效降低了空腹血糖 (FBG) 水平和糖化血紅蛋白 (HbA1c) 水平，有效提高了2型糖尿病的治療。

如下圖所示，該團(tuán)隊(duì)使用mIRage對利拉魯肽微球的藥物與載藥顆粒的化學(xué)成分與空間分布進(jìn)行了鑒定。圖A為特征峰為1657cm-1波峰（代表酰胺I峰）的利拉魯肽在緩釋微粒的橫截面中的分布，圖B為特征峰為1755 cm-1波峰（代表C=O）的PLA材料在緩釋微粒的橫截面中的分布。由圖可知，在利拉魯肽緩釋微粒中可以明顯地檢測到利拉魯肽與PLA在1657cm-1與1755 cm-1波段的特征峰，表明該顆粒的確載有利拉魯肽藥物，且該藥物在緩釋顆粒內(nèi)均勻分布。

該研究成果表明利拉魯肽緩釋微球在 2 型糖尿病臨床的應(yīng)用中有著巨大潛力，并為克服患者依從性問題提供了一種有效的治療方法。

二、基于益生元的阿托伐他汀納米無定形載藥顆粒研究

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所的王璐璐團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種基于益生元的阿托伐他汀（AT）納米無定形載藥顆粒（PANA），該團(tuán)隊(duì)借助mIRage成功實(shí)現(xiàn)對載藥顆粒的原位成分分析。該結(jié)果以《Prebiotic-Based Nanoamorphous Atorvastatin Attenuates Nonalcoholic Fatty Liver Disease by Retrieving Gut and Liver Health》為題發(fā)表于Small Structures上。

        該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種基于益生元的AT 納米無定形載藥顆粒(PANA)，通過恢復(fù)肝臟和腸道健康來提高 AT 對非酒精性脂肪性肝（NAFLD）治療。非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD) 的發(fā)病機(jī)制是多因素和復(fù)合性的，其中脂質(zhì)代謝紊亂引起的脂毒性是主要危險因素之一。阿托伐他汀 (AT) 是使用較為廣泛的降脂藥物，然而，AT在腸道中的吸收率較低且該藥物會對腸道菌群造成破壞。與口服AT相比，構(gòu)建PANA載藥顆粒在肝臟組織中表現(xiàn)出更好的藥物積累。此外，PANA干預(yù)有效恢復(fù)了腸道健康，重建了腸道菌群，并改善了腸道免疫力、屏障完整性和炎癥。

        如下圖所示，該研究團(tuán)隊(duì)使用mIRage對PANA的化學(xué)成分與空間分布進(jìn)行了鑒定。下圖為菊粉（益生元主要成分）、AT、PANA的紅外光譜圖。PANA中隨機(jī)選擇的樣品的紅外拉曼光譜如圖C（左）所示。AT中1523 cm-1處的羰基吸收在菊粉樣品中沒有信號為AT的特征峰（菊粉無此吸收峰）。按照 1523?cm-1（綠色）和 1036?cm-1（紅色）的映射，活性 AT 和益生元基質(zhì)的圖像在掃描區(qū)域（黃色）顯示出相同的分布，這意味著 AT 和菊粉在顆粒中均勻混合。此外，在 PANA 顆粒中可以觀察到 AT 在 1580?cm-1的苯吸收、1457?cm-1的強(qiáng) C-C 吸收和菊粉在 1164?cm-1 的 C-O 拉伸。這些數(shù)據(jù)清楚地證實(shí)了活性藥物在益生元基質(zhì)中的封裝和相對均勻的分布。

        該研究表明，與口服AT相比，PANA 治療可顯著抑制體重增加和脂肪沉積，降低血漿脂質(zhì)水平，并減輕肝臟脂肪變性和肝臟炎癥。這項(xiàng)研究提出了一種前瞻性的治療 NAFLD 的策略，即利用納米技術(shù)與功能性生物材料協(xié)同作用。

三、藥物干粉氣溶膠的納米化學(xué)研究

        悉尼大學(xué)的陳克儉(Hak-Kim Chan)團(tuán)隊(duì)借助mIRage等設(shè)備，探究了光學(xué)光熱紅外光譜法用于藥物干粉氣溶膠的納米化學(xué)分析。該結(jié)果以《Optical photothermal infrared spectroscopy for nanochemical analysis of pharmaceutical dry powder aerosols》為題發(fā)表于International journal of pharmaceutics 上。

        在本研究中，該團(tuán)隊(duì)旨在分析藥物和輔料在不同大小的固態(tài)藥物干粉吸入（DPI）氣霧劑顆粒中的分布。對顆?；瘜W(xué)成分進(jìn)行常規(guī)濕法測定，無法區(qū)分復(fù)雜DPI制劑中顆粒的空間分辨形態(tài)和化學(xué)成分，該團(tuán)隊(duì)使用了基于光學(xué)光熱紅外技術(shù)（O-PTIR）的mIRage表征了從微米到納米級的藥物 DPI 制劑顆粒的化學(xué)成分。

         這些制劑是通過噴霧干燥溶液或懸浮液制備的，該溶液或懸浮液包含吸入皮質(zhì)類固醇丙酸氟替卡松、長效β2-激動劑沙美特羅辛萘酸酯和輔料乳糖?；钚猿煞直岱婵ㄋ珊蜕趁捞亓_辛萘酸酯廣泛用于治療哮喘和慢性阻塞性肺病。該團(tuán)隊(duì)通過mIRage光譜證實(shí)了與丙酸氟替卡松 (1746cm-1、1702cm-1、1661cm-1 和 1612cm-1)、沙美特羅辛萘甲酸酯 (1582 cm-1) 和乳糖 (1080 cm-1) 相關(guān)的峰的存在（見下圖）。

         在從溶液噴霧干燥的各種粒徑顆粒中，藥物與乳糖峰相比沒有顯著差異，表明氣霧劑配方中的藥物和乳糖含量均勻。相反，懸浮噴霧干燥配方顯示從級聯(lián)撞擊器第1至第7階段收集的顆粒中的藥物含量增加，而乳糖含量降低，表明藥物-賦形劑分布比率不均勻。

         該研究表明，O-PTIR 的定性化學(xué)成分與各種尺寸分?jǐn)?shù)的傳統(tǒng)濕化學(xué)分析相當(dāng)，表明mIRage采用的O-PTIR技術(shù)適合用作篩選固態(tài) DPI 物理化學(xué)性質(zhì)的寶貴分析平臺。

mIRage的特有優(yōu)勢：

? 亞微米空間分辨的紅外光譜和成像（~500 nm）；

? 與透射模式相媲美的反射模式下的圖譜效果；

? 非接觸測量模式—使用簡單快捷，無交叉污染風(fēng)險；

? 很少或無需樣品制備過程(無需薄片), 可測試厚樣品；

? 可透射模式下觀察溶液中的樣品；

? 實(shí)現(xiàn)同時同地相同分辨率的IR和Raman測試；

? 熒光顯微成像實(shí)現(xiàn)熒光標(biāo)記樣品快速定位。

O-PTIR光譜測試原理

mIRage-LS應(yīng)用領(lǐng)域

1. 環(huán)境微塑料

微塑料顆粒（~600 nm）的O-PTIR光譜及成像分析

(引自Microscopy Today, 2022, 17, 3, 76-85)

2. 高分子材料

1210 cm-1處采集的PP/PTFE的O-PTIR光譜和顯微圖像

(引自Materials & Design, 211 (2021), 17, 110157)

3. 半導(dǎo)體

薄膜晶體管顯示器中污染物的O-PTIR分析

器件表面缺陷的紅外和拉曼光譜同步（同時間、同位置）分析

(引自Microscopy Today, 2020, 28, 3, 26-36)

4. 生命科學(xué)

腦組織的明場顯微圖像、O-PTIR光譜及成像分析

無熒光標(biāo)記條件下單個細(xì)胞的O-PTIR顯微光譜及成像分析

(引自Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, 43 (2022) 102563)

5. 文物鑒定

柯羅19世紀(jì)繪畫作品中鋅皂異質(zhì)性的O-PTIR顯微光譜及成像分析

(引自Anal. Chem. 2022, 94, 7, 3103–3110)

mIRage國內(nèi)部分發(fā)表文章一覽

南京大學(xué)借助mIRage建立了一種新型的塑料表面亞微米尺度化學(xué)變化表征方法。該工作發(fā)表在知名期刊Nature Nanotechnology上。

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)借助mIRage成功實(shí)現(xiàn)對玉米粉中痕量微塑料的原位可視化表征。該工作發(fā)表在Science of the Total Environment上。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)借助mIRage研究微塑料。該工作發(fā)表在Environmental Science & Technology上。

樣機(jī)體驗(yàn)

為了更好地服務(wù)中國客戶，Quantum   Design 中國子公司在北京建立了專業(yè)的客戶服務(wù)中心，引入了非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測量系統(tǒng)！歡迎各位老師通過電話：010-85120280、郵箱：info@qd-china.com 、點(diǎn)擊此處或掃描下方二維碼垂詢。

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