工程师开发了一种大规模制造纳米颗粒的方法，将癌症药物直接输送到肿瘤中

载有治疗药物的聚合物涂层纳米颗粒显示出对癌症治疗的重大前景，包括卵巢癌症。这些颗粒可以直接靶向肿瘤，在那里它们释放有效载荷，同时避免传统化疗的许多副作用

在过去的十年里，麻省理工学院教授Paula Hammond和她的学生们使用一种称为逐层组装的技术创造了各种这样的粒子。他们在老鼠研究中表明，这种粒子可以有效地对抗癌症

为了帮助这些纳米粒子更接近人类使用，研究人员现在提出了一种制造技术，使他们能够在很短的时间内产生更多的粒子

“我们一直在开发的纳米颗粒系统有很多前景，最近我们在动物模型中看到的治疗卵巢癌症的成功让我们非常兴奋，”哈蒙德说，他也是麻省理工学院的副教务长和科赫癌症综合研究所的成员。“最终，我们需要能够将其扩大到一个公司能够大规模生产这些产品的规模。”哈蒙德和斯克里普斯研究所的免疫学和微生物学教授达雷尔·欧文是这项新研究的资深作者，该研究发表在《高级功能材料》杂志上。Ivan Pires，博士'24，现在是布莱根妇女医院的博士后和科赫研究所的访问科学家，Ezra Gordon'24是该论文的主要作者。麻省理工学院研究技术员Heikyung Suh也是一名作家

十多年前，哈蒙德的实验室开发了一种新技术，用于构建具有高度可控结构的纳米粒子。这种方法允许通过交替将表面暴露于带正电和带负电的聚合物，在纳米粒子的表面上放置具有不同性质的层

每一层都可以嵌入药物分子或其他治疗药物。这些层还可以携带靶向分子，帮助颗粒发现并进入癌症细胞

使用Hammond实验室最初开发的策略，一次施加一层，每次施加后，颗粒都会经过离心步骤以去除任何多余的聚合物。研究人员表示，这需要大量时间，很难扩大到大规模生产

最近，哈蒙德实验室的一名研究生开发了一种净化颗粒的替代方法，称为切向流过滤。然而，虽然这简化了流程，但它仍然受到制造复杂性和最大生产规模的限制

哈蒙德说：“虽然使用切向流过滤是有帮助的，但它仍然是一个非常小的批量过程，临床研究要求我们为大量患者提供许多剂量。”

为了创建更大规模的制造方法，研究人员使用了一种微流体混合装置，该装置允许他们在颗粒流过装置内的微通道时顺序添加新的聚合物层。对于每一层，研究人员可以准确计算出需要多少聚合物，从而消除了每次添加后纯化颗粒的需要

哈蒙德说：“这真的很重要，因为分离是这类系统中最昂贵、最耗时的步骤。”

该策略消除了手动聚合物混合的需要，简化了生产，并整合了符合良好生产规范（GMP）的流程。美国食品药品监督管理局的药品生产质量管理规范要求确保产品符合安全标准，并且可以以一致的方式制造，使用之前的分步分批工艺将极具挑战性且成本高昂。研究人员在这项研究中使用的微流体装置已经用于其他类型纳米颗粒的GMP制造，包括mRNA疫苗

Pires表示：“采用新方法，操作员出现任何错误或事故的可能性大大降低。”。“这是一个可以很容易地在GMP中实施的过程，这真的是这里的关键一步。我们可以在逐层纳米颗粒中创造一种创新，并以我们可以进入临床试验的方式快速生产。”

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扩大生产

使用这种方法，研究人员可以在短短几分钟内产生15毫克的纳米粒子（足够大约50剂），而最初的技术需要近一个小时才能产生相同数量的纳米粒子。研究人员表示，这可以生产出足够多的颗粒用于临床试验和患者使用

Pires说：“要使用这个系统进行扩展，你只需继续运行芯片，就可以更容易地生产更多的材料。”

为了展示他们的新生产技术，研究人员创造了涂有一种名为白细胞介素-12（IL-12）的细胞因子的纳米粒子。Hammond的实验室之前已经证明，通过逐层纳米颗粒递送的IL-12可以激活关键的免疫细胞，减缓小鼠卵巢肿瘤的生长

在这项研究中，研究人员发现，使用新技术制造的负载IL-12的颗粒显示出与原始逐层纳米颗粒相似的性能。而且，这些纳米颗粒不仅与癌症组织结合，而且表现出独特的不进入癌症细胞的能力。这使得纳米颗粒可以作为癌症细胞上的标记物，在肿瘤中局部激活免疫系统。在癌症小鼠模型中，这种治疗可以导致肿瘤生长延迟甚至治愈

研究人员已就该技术申请了专利，目前正在与麻省理工学院Deshpande技术创新中心合作，希望有可能成立一家公司将该技术商业化。研究人员表示，虽然他们最初专注于腹腔癌症，如卵巢癌症，但这项工作也可以应用于其他类型的癌症，包括胶质母细胞瘤 More information: Ivan S. Pires et al, High-Throughput Microfluidic-Mediated Assembly of Layer-By-Layer Nanoparticles, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202503965 advanced.onlinelibrary.wiley.c … .1002/adfm.202503965

Journal information: Advanced Functional Materials