多组分纳米颗粒（mNPs）在疾病预防和治疗方面潜力巨大。然而，制备mNPs面临的一个重要挑战便是缺乏与组装过程相匹配的多功能平台。
2023年2月7日，南方科技大学蒋兴宇团队在Advanced Materials （IF=32）在线发表题为“Microfluidics-enabled Serial Assembly of Lipid-siRNA-sorafenib Nanoparticles for Synergetic Hepatocellular Carcinoma Therapy”的研究论文，该研究展示了mNPs的微流控串联组装（MESA）。微流控芯片作为初始材料的微型传送器，依次实现了索拉非尼超分子的组装、siRNA的静电吸附和保护性脂质的表面组装。由于芯片上快速和慢速反应过程的适配，生产的脂质-siRNA-索拉非尼纳米颗粒（LSS NPs）对索拉非尼（约100%）和siRNA （约95%）具有超高的包封效率。
虽然携带负电荷，但LSS纳米粒子依旧能够在肿瘤细胞内实现药物的胞质递送和高效基因沉默。体内实验中，LSS NPs递送低氧诱导因子（HIF1α）靶向siRNA有效消退了Hep3B异种移植肿瘤和肝细胞癌患者来源的原代细胞异种移植（PDCX）肿瘤，并最终将PDCX小鼠的平均生存期延长至68天。因此，该策略对索拉非尼/siRNA联合疗法应用意义重大，MESA可以成为制造复杂纳米系统的通用平台。
由于癌症的复杂性和耐药性，多种途径的联合治疗已成为临床癌症治疗方式的主流。虽然分子靶向治疗毒性低和副作用小，但耐药性的普遍出现严重限制了患者的临床治疗效果，医生必须进行联合药物治疗以延长患者的生存期。如索拉非尼（SFN）可以抑制多种激酶，是治疗肝细胞癌的一线药物，但其原发性和适应性耐药已经成为长期进行SFN治疗患者的普遍结果。小干扰RNA （siRNA）可以介导特定基因的沉默，有希望克服肿瘤耐药性靶向治疗。siRNA和小分子药物（SMD）的组合需要复杂的递送系统。研究采用了siRNA/SFN联合给药的策略来克服SFN耐药性，预计将进一步增强肝细胞癌的治疗效果。
纳米颗粒包含多种成分，是实现siRNA/SMD有效共递送的普遍策略，能够满足高效包封、生物相容性涂层和转染效率的要求。然而，SMD和siRNAs需被封装在逐层组装的纳米复合物中，但目前多组分纳米颗粒（mNPs）的制备方法复杂、步骤多且耗时，使siRNAs最大程度吸附到带正电荷的核心上需要几十分钟，制备步骤包括涡旋混合和孵育。此外，常规方法制备纳米颗粒具有性质不可控、产量规模小和批次间存在差异等缺点，限制了其临床转化。为应对上述挑战，简单快速地制备出均质且高效的siRNA/药物精确联合给药系统，具有巨大的临床应用价值。
微流体是一种生产用于治疗和预防纳米颗粒的可重复方法。微流体技术能够对微通道中的纳米级流体进行精确控制，使流体混合、脂质膜生成或纳米沉淀等过程能够在精确控制的情况下发生，而这类操作是无法使用传统技术实现的。当前已开发出各种微流控芯片来合成基于聚合物和脂质的纳米颗粒。然而，这些微流控芯片仅限于通过快速混合介导纳米沉淀或流体聚焦介导脂质组装合成结构简单的纳米颗粒，不能实现SMD和核酸的高效共递送。
在该团队之前的工作中，开发了具有双螺旋通道的多级微流控芯片，以合成一种包含中空水核和脂质-PLGA混合壳的刚性纳米囊泡，实现siRNA等亲水性试剂的递送[1]。这种多级微流体设计有利于组装具有复杂结构的mNPs，以封装小分子药物和核酸。纳米颗粒的每一个组分都可以从不同的入口引入，并装配到核心药物上。该过程可被视为输送机上机器的串联组装，其中微通道作为纳米机器的微型转换器，将纳米机器的核心组件和子组件运送到指定位置。
微流控芯片的串联组装（MESA）制备多组分纳米颗粒及治疗机制示意图（摘自Advanced Materials ）
该研究报道了多组分纳米颗粒的微流控串联组装（MESA）。作为概念验证，作者设计了一个三级微流控芯片来组装包含阳离子核心碱基、siRNAs吸附层和脂质膜的mNPs。与在水中形成大尺寸颗粒沉积物的传统疏水性SMDs不同，研究发现SFN可以在水相中自组装成纳米组装体（NAs）。SFN超分子NAs可以通过简单的微流控混合来组装。在微流控芯片的第一阶段SFN和脂质-TAT多肽共同组装成SFN NAs作为阳离子核心，这是一个快速反应的过程；第二阶段，siRNAs吸附到阳离子SFN NAs上是一个缓慢的反应过程，因此设计孵育通道来减慢流速，以提高siRNAs的吸附效率。第三阶段，引入脂质包封siRNA-SFN纳米颗粒。
SFN的自组装使SFN的包封率接近100%，且缓慢的孵育过程显著提高了siRNA的包封率。通过优化脂质组成，脂质-siRNA-SFN纳米粒（LSSNPs）虽然表面携带负电荷，但可以实现药物的胞质递送，并具有比正电荷NPs更高的肿瘤递送和转染率。越来越多的研究揭示了缺氧诱导因子1α（HIF1α）与肝细胞癌对包括SFN在内的各种疗法敏感性之间的密切联系，因此LSS NPs装载HIF1α靶向siRNA治疗肝细胞癌。LSS NPs递送HIF1α靶向siRNA，可有效抑制人肝癌移植瘤和人肝癌原代细胞移植（PDCX）瘤的生长。与负载阴性对照siRNA的LSS NPs相比，负载阳性siRNA的LSS NPs治疗显著延长了PDCX小鼠的平均存活，p值为0.0008。该研究指出了LSS NPs靶向HIF1α抑制肿瘤糖酵解和血管生成的机制，与线粒体生物能学的SFN修正抑制效应协同作用，从而限制肿瘤细胞的能量供应，最终导致细胞凋亡。
参考文献：
[1] L. Zhang, Q. Feng, J. Wang, J. Sun, X. Shi, X. Jiang, Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3952.
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209672
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