Несколько лет назад исследователи из Национального института стандартов и технологии (National Institute of Standards and Technology – NIST) первыми разработали метод использования микрофлюидного устройства для создания наполненных жидкостью пузырьков из фосфолипидов – жировых комплексов, являющихся строительными блоками клеточных мембран. Такие структуры ценны своим потенциальным использованием в качестве агентов для доставки лекарственных препаратов непосредственно в раковые или другие больные клетки организма.

Широкое применение липосом в качестве искусственных носителей лекарственных препаратов ограничено целым рядом факторов, таких как непостоянство размера, структурная нестабильность и высокая стоимость производства. В новом исследовании ученые из NIST и Университета Мэриленда (University of Maryland – UM) уточнили процесс производства липосом с помощью разработанной ими технологии – известной как COMMAND (Controled Microfluidic Mixing And Nanoparticle Determination) – для достижения максимальной эффективности. Их целью было лучше понять, как работает COMMAND, производящий липосомы с контролируемым диаметром от 50 до 150 нанометров, сохраняющие постоянный размер и дешевые в производстве, с помoщью устройства, которое можно назвать «конвейерной линией на микрочипе».

Ученые изготавливают микрофлюидное устройство COMMAND путем протравливания мельчайших каналов в кремниевой пластине, используя методы, применяемые в производстве интегральных схем. В COMMAND молекулы фосфолипидов, растворенные в изопропиловом спирте, поступают через центральный входной канал в смесительный канал и фокусируются в струю жидкости водным раствором (который при производстве будет нести лекарство или другой груз для пузырьков), поступающим по двум боковым каналам. Компоненты смешиваются благодаря диффузии вдоль поверхностей текущих потоков жидкостей, приводя к самосборке молекул фосфолипидов в наноразмерные пузырьки контролируемого размера. Чтобы выяснить влияние различных конструкций микрофлюидных устройств и состояний потоков жидкостей на образование липосом, были проведены специальные исследования.

Ученые установили, что процесс образования липосом существенно зависит от течения и смешивания жидкостных потоков. Размер липосом может быть «настроен» воздействием на скорость потоков, что в сочетании с размерами микрофлюидного устройства в конечном итоге определяет условия, при которых происходит смешивание жидкостей. Сильно сфокусированный поток несущего фосфолипиды спирта, текущий с небольшой скоростью, стремится быстро смешаться с буферным раствором в начале смесительного канала и образует маленькие везикулы. Менее сфокусированный поток, имеющий высокую скорость, проходит дальше по длине канала, увеличивая, таким образом, время смешивания и приводя к образованию более крупных пузырьков.

Компьютерное моделирование показывает смешивание воды и изопропилового спирта в микрофлюидном устройстве COMMAND. Спирт, который при эксплуатации будет содержать растворенные фосфолипиды, течет слева направо, поступая через центральный вход, и фокусируется водой, подаваемой через верхний и нижний каналы. Регулировка скорости потока дает сильно сфокусированный (вверху) и более широкий (внизу) потоки, позволяя контролировать размер липосом. Фото: NIST

В регулировании скорости образования, а также количества и концентрации липосом определенную роль играет и геометрия каналов.

Полученная исследователями информация может оказаться важной для будущего клинического применения липосом, а также для интеграции системы COMMAND в более сложные основанные на микрочипах системы для нужд здравоохранения.

Анонсы к статьям:

Jahn et al. Controlled Vesicle Self-Assembly in Microfluidic Channels with Hydrodynamic Focusing. Journal of the American Chemical Society, 2004; 126 (9): 2674 DOI:

Jahn et al. Microfluidic Mixing and the Formation of Nanoscale Lipid Vesicles . ACS Nano, 2010; 4 (4): 2077 DOI: