《International Journal of Nanomedicine》：SmartLipids in Drug Delivery: Redefining the Third Generation of Lipid Nanocarriers for Clinical and Industrial Translation
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这是一篇关于“智能脂质” (SmartLipids) 的里程碑式综述，它详细阐述了这种第三代脂质纳米载体如何通过其创新的、由5-10种不同脂质构成的“混沌”基质，克服了前两代SLNs和NLCs在载药量、多晶型不稳定性及可扩展性方面的关键局限。文章系统地探讨了其设计原理、制剂策略、表征方法、临床前应用（如增强渗透性和生物利用度）及工业转化前景，为下一代纳米药物提供了一个多功能、稳定且可扩展的强大平台。
脂质纳米载体的演进历程
在高效、可控的药物递送领域，亚微米（小于1000纳米）的脂质纳米载体（LNPs）已成为一个不可或缺的平台。它们能够克服传统递送策略的诸多挑战，并具有低毒性、高生物可降解性与生物相容性、可扩展性以及对亲脂性和亲水性药物的控释/靶向递送潜力。其中，固体脂质纳米粒（SLNs）作为第一代LNPs，于1991年问世，旨在克服传统胶体载体的缺点，如聚合物降解、细胞毒性和药物泄漏。SLNs由固体脂质（如甘油酯、纯化甘油三酯或蜡）构成，能够保护化学不稳定的药物免受胃肠道恶劣环境的破坏，并提高药物的生物利用度。然而，SLNs也存在多晶型转变、载药量降低和储存期间药物泄漏等缺点。
为了克服SLNs的局限性，第二代LNPs——纳米结构脂质载体（NLCs）于1999年被引入。NLCs由固体和液体脂质混合构成，而非单一的固体脂质，这种组合在晶体结构中引入了缺陷，从而增强了药物的容纳能力和稳定性。尽管NLCs具有药物保护、缓释、低毒性和生物可降解性等优点，但其生物粘附性较差，直接影响了药物的吸收和生物利用度，且储存期间液体脂分的存在可能导致快速的结构重排。
因此，最新的第三代LNPs——SmartLipids（智能脂质）于2014年应运而生，旨在弥补NLCs的不足。其核心设计理念是：当存在多分散脂质（即单、双、三甘油酯与各种脂肪酸的组合）时，颗粒的稳定性和载药量会变得更高。这一策略被认为是优化“脂质”颗粒设计的“智能”方案，故得名SmartLipids。与NLCs通常只包含一种液体脂和一种固体脂不同，SmartLipids主要由5-10种脂质（主要是结构多样的固体脂，或有限掺入液体脂）混合而成。
SmartLipids的全面解析
SmartLipids被认为是药物递送系统领域的突破性进展。其基本构成是多种脂质的组合，通常包含5-10种不同的固体脂（具有不同碳链长度的单、双、三甘油酯、脂肪酸、脂肪醇）或固体与液体脂质的混合。这种复杂的、混沌的、不完美的颗粒基质结构导致了脂质异质性。不同脂质分子在链长、饱和度和分子几何形状上的差异，破坏了脂质链的排列，从而阻碍了有序晶体晶格的形成。这种低结晶度和不完美堆积直接促成了稳定性的提高、更好的药物保留以及延迟的多晶型转变。
在分子层面，混沌脂质基质的无序结构产生了结构缺陷和间隙空间，这有利于药物的掺入，并使得与高度有序的SLNs系统相比，药物容纳能力得到改善。药物的容纳主要受其与脂质相的混溶性以及药物与脂质基质之间的非共价相互作用支配。成功载药的关键在于，药物能在制剂过程中分配到熔融的脂质中。随后，药物分子停留在不完美的位点，非共价力促进了药物在脂质基质内部的容纳。差示扫描量热法（DSC）和X射线衍射（XRD）等热学和结构表征提供了支持这一机制框架的实验证据，显示出了拓宽的熔融转变和降低的结晶度。
这些第三代LNPs可产生粒径分布范围窄的纳米颗粒，具有可控的药物释放动力学，减少了所载药物的不良副作用，并具备工业转化的实用性。此外，它们还在一定程度上具有皮肤和粘膜粘附性。这些卓越的特性将SmartLipids与传统递送系统区分开来，并保留了SLNs和NLCs的关键优点。
SmartLipids的设计原则
过去几年，LNPs作为递送系统的应用日益增加。尽管繁琐的脂质筛选过程对每种特定活性成分都不可避免，但由于SmartLipids由多种兼容的固体和液体脂质混合而成，它们作为一种更通用的方法，可以潜在地涵盖一系列药物，从而减少对繁琐脂质筛选程序的需求，并相应地简化了开发过程。
然而，SmartLipids的理性设计需要深入考量。影响制剂稳定性的属性必须深入分析，主要包括脂质组成、表面活性剂/稳定剂的性质以及生产参数。由于SmartLipids组成中含有多脂质混合物，获得稳定的制剂在某种程度上比第一代和第二代LNPs更为困难。
脂质选择的合理性：为了获得具有高度不完美脂质基质的稳定SmartLipids制剂，必须使用固体和液体脂质。固体脂质的混合物应各不相同，通常需使用5-10种具有不同碳链长度的脂质。此外，应记住，用于制剂的脂质应是对应脂肪酸的单、双、三甘油酯的混合物。例如，市售的脂质辅料Compritol 888 ATO和Precirol并非化学纯品，因为它们包含了单、双、三甘油酯的混合物。此外，应掺入低熔程脂质，因为它们能形成异常均匀的脂质基质，从而带来更稳定的制剂。熔程的窄度对脂质混合物组成也至关重要。
药物和化妆品活性成分在固体脂质中的溶解度通常低于液体脂质，因此必须使用液体脂质来促进载药，但用量应有限。因为过量的液体脂质浓度可能不总是带来稳定性，有时反而会引起多晶型转变，从而减少脂质基质的缺陷。因此，应选择对所用活性物具有良好溶解特性的液体脂质。例如，Miglyol 812对用于皮肤制剂的化妆品活性成分视黄醇具有最佳溶解度。
稳定剂的选择：表面活性剂/聚合物：表面活性剂在颗粒大小、粒度分布和制剂的长期物理稳定性方面起着关键作用，因此，表面活性剂的类型和浓度是设计稳定SmartLipids制剂的关键方面。
出于安全考虑，主要优选非离子表面活性剂，特别是对于皮肤制剂。例如，聚山梨醇酯20/Tween 20是一种非离子表面活性剂，可作为LNPs（如SmartLipids）的稳定剂。在稳定化方面，聚山梨醇酯20提供空间稳定作用，这意味着表面活性剂在颗粒周围形成厚层以防止聚集。zeta电位（ζ电位）降低，证明了表面活性剂层的存在，因为层厚增加了。一般来说，在静电稳定中，聚集的敏感性随着ζ电位的降低而增加，但在LNPs的空间稳定情况下，即使ζ电位较低，它们也表现出较高的物理稳定性值。此外，由癸基葡糖苷和月桂基葡糖苷组成的另一种非离子表面活性剂Plantacare 2000 UP，有助于设计稳定的SmartLipids制剂，这表明使用共表面活性剂可能更有效。
亲水亲油平衡值（HLB）可能影响SmartLipids制剂的物理稳定性。HLB理论指导表明，表面活性剂的HLB值应与脂质的HLB值匹配以确保足够的稳定性。通常，较高的HLB值更可取，例如HLB值为15的Tween 80，与低HLB值的表面活性剂相比，能产生更稳定的产品。此外，稳定剂的浓度应足以有效覆盖颗粒以抑制聚集。较高浓度的表面活性剂有助于在颗粒周围形成刚性外壳，减缓颗粒运动并抑制聚集以促进稳定性；因此，通常优选较高浓度。
生产参数：热高压均质是制造SmartLipids的主要方法，因为该方法能确保粒径分布范围窄，并且易于工业放大。均质有助于减小粒径，但循环次数应与表面活性剂一起仔细确定。过度的均质循环会增加颗粒的动能，可能会破坏表面活性剂膜而导致颗粒聚集，从而扰乱物理稳定性。同样，为了获得所需的粒径、最佳载药量和物理稳定性，需要注意几个生产参数。
通常，脂质相和水相在85°C的温度下混合，然后进行均质。因此，在均质循环期间应使用相同的温度以维持脂质混合物的熔融状态。对于实验室规模的SmartLipids制备，均质通常在500巴的压力下进行3个循环，以实现足够的粒径减小和分布。完成此程序后，应将热纳米悬浮液在室温（20°C）下冷却，同时避光。受控冷却有助于脂质颗粒适当固化，并避免药物被排出的可能性。
SmartLipids的制剂策略
SmartLipids的制剂依赖于从传统脂质纳米颗粒制剂方法改进而来的先进制剂策略。与SLNs和NLCs类似，常用的生产方法包括高压均质（热法和冷法）、超声均质、溶剂扩散法、微乳化、喷雾干燥和微流控技术。但对于SmartLipids生产，应对方法进行优化以获得更高的载药量、更高的稳定性和可控的药物释放模式。此外，方法的选择取决于脂质组成、药物的理化特性、期望的给药途径和可扩展性。根据现有文献，SmartLipids最常采用的生产方法是热高压均质和冷高压均质。
高压均质（HPH）– 热法：HPH是生产SmartLipids最常用的方法。具体而言，将脂质混合物加热至略高于其最高熔点脂质熔点的温度（通常高5-10°C）。然后将活性药物成分（API）掺入并溶解于熔融脂质中。随后，将该混合物在高速搅拌下分散到含有稳定剂（即表面活性剂/聚合物）的热水相中，水相温度与脂质混合物相同，从而获得粗悬浮液。之后，粗悬浮液通过高压均质机（如活塞隙缝均质机）处理，通常在85°C、500巴下进行一或两个循环。此步骤后，得到热纳米悬浮液，冷却固化后即产生精细的SmartLipids固体颗粒。可以加入防腐剂，也可以设计成无防腐剂版本。
实验室规模生产常用的均质机是APV Micron LAB 40和Panda Niro Soavi，体积范围分别为20-40 mL和100-200 mL。此外，工业规模生产通常使用APV Gaulin 5.5和GEA Niro Soavi均质机。
高压均质（HPH）– 冷法：HPH的冷法与热法略有不同。在此方法中，首先将脂质混合物熔化并将API溶解其中。之后，将混合物冷却重结晶。下一步，将固体混合物进行研磨，从而获得微米级颗粒，然后将其分散到含有稳定剂（即表面活性剂/聚合物）的水溶液中。随后，该宏观悬浮液通过均质机处理，进行5-10个均质循环以获得所需的尺寸，作用力足够高，能将宏观悬浮液破碎至纳米尺寸。此方法适用于对热不稳定的API，因为像热HPH中的高热会导致其降解。此外，该方法也有利于制造特定的脂质基质结构。然而，更推荐热HPH，因为冷法技术成本高得多。
高剪切均质 – 热法：在此过程中，LNPs制造的初始阶段与上述技术大致相似。而本技术中使用高剪切均质机，例如DIAX 900和Ultra-Turrax T-25，用于生产纳米载体。具体而言，将固体脂质混合物在70-80°C下混合熔化；随后将模型药物掺入熔融脂质中以获得药物-脂质混合物。之后，将水相表面活性剂溶液加热至相同温度，并在搅拌下加入药物-脂质混合物中。然后在特定时间内以预定的转速通过高剪切均质机均质该混合物以获得粗悬浮液。此外，还可以通过超声处理（使用SK 3210 HP）来获得粒径更小、PDI更窄、稳定性更好的纳米载体；否则，均质也足以获得所需的纳米载体。均质后，热纳米悬浮液通常在冰浴中冷却以防止颗粒聚集并确保稳定性。
SmartLipids的表征与评估参数
为了确保SmartLipids的物理稳定性、性能和效率，必须进行全面的表征和评估研究。分析这些先进的LNPs需要一个多模式工具包，其中包含用于其广泛表征和评估的多个参数。
理化表征：全面的理化表征主要包括颗粒大小、多分散指数（PDI）、zeta（ζ）电位、包封率（%EE）、储存稳定性评估、差示扫描量热法（DSC）和形态特征分析。
颗粒大小、PDI、ζ电位和%EE的评估：动态光散射是测定颗粒大小、PDI和ζ电位常用的粒度分析仪。例如，在制备白藜芦醇（RES）负载的SmartLipids以克服其溶解度和生物利用度障碍并增强其抗癌潜力时，通过21×32因子设计，设计了19种不同的SmartLipids配方，并根据颗粒大小、PDI、ζ电位和%EE进行了评估。所有19种配方的监测值在254.58 ± 23.52 至 995.44 ± 167.58 nm（粒径）、0.425 ± 0.02 至 0.783 ± 0.03（PDI）和-7.88 ± 0.17 至 -20.43 ± 0.72 mV（ζ电位）之间波动。经过充分评估，观察到根据优化配方（含有1%脂质和1% Tween 80的配方），288.63 ± 5.55 nm的粒径是最佳的，有助于实现缓释，PDI值应在0.01至0.5范围内，这表示样品是单分散的，而-16.44 ± 0.99 mV的ζ电位表明足够的静电排斥，显示了制剂良好的稳定性，因为ζ电位越高，稳定性越高。此外，在评估过程中确认，脂质浓度和表面活性剂类型可能影响粒径。主要原因包括：高脂质浓度增加了分散相的粘度，这可能降低均质效果；高脂质浓度增加了界面张力，相应地，聚集的可能性也会增加；含有Tween 80的配方的粒径小于含有Tween 20的配方。
从更广泛的角度来看，对于脂基纳米颗粒（如SLNs、NLCs、聚合物纳米颗粒和混合系统），平均粒径范围在100-400 nm之间，对于全身递送，该范围中较小的尺寸更理想。此外，PDI值小于0.3通常被认为是物理稳定性的最佳值。在ζ电位方面，对于静电胶体稳定，ζ电位值大于+30 mV或小于-30 mV足以维持胶体稳定性。然而，对于含有非离子表面活性剂的脂基纳米颗粒，绝对值在±20 mV左右的ζ电位足以实现系统的电空间稳定。因此，上述优化的SmartLipids配方处于适合稳定脂质纳米颗粒的可接受理化范围内，例如粒径和ζ电位分别为288.63 ± 5.55 nm和-16.44 ± 0.99 mV。
此外，对于%EE，采用了间接方法，即在4°C下以60,000 rpm超速离心1小时以获得上清液。之后，收集上清液，用甲醇稀释后，在303 nm处分光光度法测量未包封的白藜芦醇浓度。使用以下方程测量%EE：%EE = (W初始RES- W游离RES) / W初始RES× 100。结果中，监测到所有配方的%EE在65 ± 5.22% 到 93.86 ± 5.92%之间，而根据优化公式，86.346 ± 3.61%的包封率表明LNPs内有足够的药物包封。然而，观察到随着表面活性剂浓度的增加，%EE也增加直至2%，但表面活性剂浓度的进一步增加会导致%EE下降。这可能是因为当表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度时，会导致药物泄漏。
通常，在SLNs和NLCs等脂质纳米颗粒中，%EE值高于60%突出了制备方法在适量载药方面的有效性。然而，%EE值高于80%通常是理想值。在SmartLipids中，监测到的%EE值也达到了94%左右，这表明与其他纳米载体相比，其具有更好的包封行为。尽管此参数也取决于活性成分的性质和配方组成，因此%EE也会变化。
载药量：SmartLipids是先进的LNPs，与上一代（即SLNs和NLCs）相比具有更高的载药量。例如，为了确定其对视黄醇的载药能力，制备了用于皮肤应用的SmartLipids。设计了含有增加百分比视黄醇（5%、15%和20%）的配方，结果表明，增加视黄醇浓度增加了载药量。物理和化学稳定性研究也证明了这一点。此外，即使储存60天后，含有20%视黄醇的配方的颗粒大小、PDI和ζ电位保持稳定。储存后总结，含有5%、15%和20%视黄醇的配方分别保留了37%、59%和75%的视黄醇。
在SLNs中，高度结晶的脂质基质使视黄醇的载药量限制在1%（w/w）；然而，在NLCs中，由于液体脂质的存在导致晶格轻微缺陷，载药量增加到5%（w/w）。相对于SLNs和NLCs，SmartLipids由于高度不完美的脂质基质，表现出15%（w/w）的视黄醇载药量。高达20%（w/w）的视黄醇保留也反映了SmartLipids增强的载药潜力；然而，这
