Обзор микросфер

Микросферы, как следует из названия, представляют собой небольшие сферические частицы размером в микрометр (1-1000 микрон). Они имеют различные применения в медицине и науках о жизни, таких как доставка лекарств, тканевая инженерия, биосенсоры, медицинская визуализация и т. д.

01Классификация

Их можно классифицировать по составу, структуре и функции. Некоторые распространенные типы включают:

Полимерные микросферы: Они сделаны из натуральных или синтетических полимеров, таких как желатин, альгинат, поли(молочная-со-гликолевая кислота) (PLGA) и полиэтиленгликоль (PEG). Они могут быть использованы для инкапсуляции лекарств, белков или молекул ДНК для контролируемого высвобождения или целевой доставки лекарств.

Керамические микросферы: Они изготовлены из неорганических материалов, таких как гидроксиапатит (ГА), кремний и фосфат кальция. Их можно использовать для имитации минеральной фазы костной ткани или повышения механической прочности каркасов.

Липидные микросферы: Они состоят из липидов, таких как фосфолипиды, холестерин и триглицериды. Они могут образовывать везикулы или эмульсии и переносить гидрофильные или гидрофобные вещества. Они также могут доставлять гены или вакцины, сливаясь с клеточными мембранами.

Магнитные микросферы: Они сделаны из магнитных материалов, таких как оксиды металлов, такие как железо, кобальт и никель. Ими можно манипулировать с помощью внешнего магнитного поля и использовать для разделения, концентрации или транспортировки биомолекул. Их также можно использовать для магнитно-резонансной томографии (МРТ) или гипертермической терапии.

Полые микросферы: Они имеют полое ядро и тонкую оболочку. Они имеют более высокую удельную площадь поверхности, меньшую плотность и лучшую текучесть, чем твердые микросферы. Их также можно использовать для загрузки большего количества лекарств или контрастных веществ для улучшения доставки или визуализации.

Микросферы SHBC

02 Свойства

Его свойства зависят от множества факторов, таких как размер частиц, форма, поверхностный заряд, пористость и биоразлагаемость. Эти свойства могут влиять на их взаимодействие с биологическими системами и их производительность в различных приложениях.

(1) Размер частиц

Размер может влиять на их диффузию, седиментацию и биораспределение. Меньшие микросферы могут проникать глубже в ткани и органы, в то время как более крупные микросферы могут избегать очистки ретикулоэндотелиальной системой (РЭС).

(2) Форма частиц

Форма влияет на их инкапсуляцию, поток и механическую стабильность. Сферические микросферы могут иметь более высокую плотность упаковки и более низкие коэффициенты трения, в то время как микросферы неправильной формы могут иметь более высокую площадь поверхности и лучшую адгезию.

(3)Поверхностный заряд

Поверхностный заряд определяет их электростатические взаимодействия с биомолекулами и клетками. Положительно заряженные микросферы могут связываться с отрицательно заряженными клеточными мембранами или молекулами ДНК, в то время как отрицательно заряженные микросферы могут отталкивать их. Нейтральные микросферы могут иметь минимальные взаимодействия с биологическими компонентами.

(4)Пористость

Пористость может легко повлиять на их способность загружать лекарственные средства, скорость высвобождения и скорость деградации. Пористые микросферы могут удерживать больше лекарственных средств или биомолекул, чем непористые микросферы. Однако пористые микросферы также могут быстрее высвобождать свое содержимое и деградировать быстрее, чем непористые микросферы.

(5)Биоразлагаемость

Его биоразлагаемость может влиять на их биосовместимость и выведение из организма. Биоразлагаемые микросферы могут быть расщеплены на безвредные продукты ферментами или гидролизом, в то время как небиоразлагаемые микросферы могут существовать в организме в течение длительного времени. Биоразлагаемые микросферы более популярны в приложениях доставки лекарств и тканевой инженерии.

03 Методы синтеза микросфер

1. Распылительная сушка: Это метод приготовления твердых или полых микросфер путем распыления жидкого раствора или суспензии на мелкие капли и их сушки горячим воздухом. Этот метод прост, быстр и масштабируем. Его можно использовать для инкапсуляции лекарств, белков или молекул ДНК для контролируемого высвобождения или адресной доставки лекарств.
2. Эмульсионная полимеризация: Это метод приготовления полимерных микросфер путем диспергирования мономеров в непрерывной водной фазе и инициирования полимеризации с использованием водорастворимого или маслорастворимого инициатора в присутствии поверхностно-активного вещества. Этот метод позволяет производить однородные и стабильные микросферы с высоким выходом и низкой стоимостью. Он также может включать лекарства или биомолекулы в микросферы во время или после реакции полимеризации.
3. Золь-гель метод: Это метод приготовления керамических микросфер путем гидролиза и конденсации алкоксидов или нитратов металлов в растворителе с образованием коллоидной суспензии или геля, а затем сушки и прокаливания геля. Этот метод позволяет производить пористые и биосовместимые микросферы контролируемого размера и формы. Его также можно использовать для модификации поверхности микросфер функциональными группами или биомолекулами.
4. Метод экструзии: Это метод приготовления липидных микросфер путем экструзии липидного раствора или суспензии в водную фазу через небольшое сопло под высоким давлением с образованием затвердевших капель. Этот метод позволяет производить сферические и гладкие микросферы с узким распределением частиц по размерам и высокой эффективностью инкапсуляции. Он также может изменять состав и свойства липидных микросфер, изменяя тип липида, концентрацию и температуру.
5. Метод соосаждения: Это метод изготовления магнитных микросфер путем смешивания раствора солей металлов и щелочного раствора с образованием нерастворимых гидроксидов металлов, осажденных в мелкие частицы, а затем покрытия частиц для получения полимеров или поверхностно-активных веществ. Этот метод позволяет производить магнитные микросферы с высокой намагниченностью и стабильностью. Теперь также разработаны новые технологии для приготовления микросфер, такие как микрофлюидика. Заинтересованные друзья могут узнать об этом сами.

04 Некоторые приложения:

1.Доставка наркотиков: Микросферы можно использовать для доставки лекарств в определенные части тела, например, в опухоли, инфекции или воспаленные ткани. Они также могут контролировать скорость высвобождения и продолжительность действия лекарств, повышать эффективность лекарств и уменьшать их побочные эффекты. Например, микросферы PLGA могут доставлять противораковые препараты к опухолям головного мозга, преодолевая гематоэнцефалический барьер. Липидные микросферы могут доставлять инсулин пациентам с диабетом при пероральном введении. Магнитные микросферы могут доставлять лекарства к опухолям печени.

2.Тканевая инженерия: Микросферы можно использовать для создания каркасов или матриц, которые поддерживают рост и дифференцировку клеток или тканей. Они также могут обеспечивать механические, химические и биологические сигналы для регулирования поведения и функций клеток. Например, микросферы ГК можно использовать для создания каркасов костной ткани с остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами. Альгинатные микросферы можно использовать для инкапсуляции стволовых клеток или факторов роста, чтобы способствовать регенерации хрящевой ткани. Полые микросферы можно использовать для создания легких и рыхлых каркасов для инженерии мягких тканей.

3.Биосенсоры: Микросферы можно использовать для повышения чувствительности и специфичности биосенсоров, обнаруживающих биомолекулы или патогены. Они также могут усиливать сигналы или изменять цвет биосенсоров. Например, полимерные микросферы можно использовать для иммобилизации антител или ферментов на поверхности биосенсоров для иммуноанализов или ферментных анализов. Керамические микросферы можно использовать для создания оптических биосенсоров, где они меняют свой показатель преломления или флуоресценцию при стимуляции аналитом. Магнитные микросферы можно использовать для разделения и концентрирования биомолекул или патогенов для обнаружения биосенсором.

4.Визуализация: Микросферы можно использовать для улучшения контрастности и разрешения методов визуализации структуры или функции тканей или органов. Они также могут маркировать или отслеживать клетки или лекарства in vivo. Например, липидные микросферы можно использовать в качестве контрастных агентов для ультразвука для усиления акустического рассеяния звуковых волн. Полые микросферы можно использовать в качестве рентгеноконтрастных веществ для увеличения ослабления рентгеновских лучей. Магнитные микросферы можно использовать в качестве контрастных веществ для МРТ, чтобы изменить релаксацию магнитного резонанса молекул воды.

Микросферы — это универсальные и многоцелевые частицы с разнообразными применениями в медицине и науках о жизни. Их можно настраивать для различных нужд и целей, изменяя их тип, свойства, метод синтеза и использование. По сравнению с традиционными материалами или методами, они имеют много преимуществ, таких как более высокая эффективность, меньшая токсичность, лучшая биосовместимость и более простая эксплуатация. Однако они также приносят некоторые проблемы, такие как потенциальная иммуногенность, агрегация, деградация, клиренс и т. д. Поэтому необходимы дальнейшие исследования и разработки для оптимизации их конструкции и производительности, а также для обеспечения их безопасности и эффективности.