全球大流行后，mRNA疫苗的开发和快速部署凸显了脂质纳米颗粒(LNP)在制药领域的关键作用。LNP用作脆弱的基于RNA的疗法和疫苗的重要递送载体，可保护RNA免遭降解并确保在体内有效递送。

尽管这些LNP至关重要，但它们的大规模生产在疫情期间遇到了许多瓶颈，这凸显了对可扩展生产技术的需求，以跟上全球需求的步伐。

现在，在《美国国家科学院院刊》上发表的一篇论文中，宾夕法尼亚大学的研究人员描述了硅可扩展脂质纳米粒子生成平台(SCALAR)如何，这是一个可重复使用的基于硅和玻璃的平台，旨在改变生产格局用于RNA疗法和疫苗的LNP为应对COVID-19危机期间面临的挑战提供了可扩展且有效的解决方案。

“我们很高兴能够创建一个技术平台，弥合RNA脂质纳米粒子疫苗和治疗领域小规模发现和大规模制造之间的差距，”合著者、美国大学生物工程副教授MichaelMitchell说。宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院。“通过这样做，我们有效地跨越了笨重、耗时且成本高昂的障碍，这些障碍减缓了有前途的新RNA药物和疫苗的生产增长。”

基于RNA的疗法错综复杂，要求将RNA封装在能够克服人体生物障碍的递送系统中。LNP发挥了这一作用，使RNA能够到达目标细胞以获得最大的治疗效果。SCALAR旨在更进一步，使LNP生产率实现前所未有的三个数量级可扩展性，解决阻碍现有方法的速度和一致性瓶颈。

莎拉·谢泼德(SarahShepherd)是该论文的第一作者，也是最近获得博士学位的人。在Mitchell实验室工作的毕业生表示：“通过SCALAR，我们不仅能应对当今的挑战，还能为明天的机遇和危机积极做好准备。这项技术非常灵活，使用微流体领域有据可查的混合架构，并且具有足够的可扩展性实时满足未来的需求。这是该领域的巨大飞跃。”

Shepherd表示，SCALAR建立在Mitchell实验室之前的工作基础上，并基于微流控芯片平台。类似于计算机芯片，其中计算机的电子集成电路具有许多小晶体管，以1或0的形式传输信号以产生输出，SCALAR微芯片精确控制它们的两种关键试剂：脂质和RNA，以生成LNP。

SCALAR256x芯片在29分钟内生产了7.5升LNP。节省0.9升LNP用于下游分析(未显示)。图片来源：莎拉·J·谢泼德

此外，他们的平台可以拥有1个、10个或256个单独的混合单元，以满足从小规模药物筛选和开发、到用于体内研究的中型制剂、再到大规模的使用案例需求。临床应用的制剂。

为了确保跨尺度的一致性，所有设备都使用相同的微流体混合架构，并且为了确保两种关键试剂均匀分布到阵列中的每个设备，该团队将高流体阻力微通道集成到设计中，以遵循先前建立的设计大型微流体装置的设计规则。这保证了多单元阵列中的每个设备生产具有相同物理特性的LNP，这是严格监管的制药行业的一个关键属性。

“我们很高兴能够利用辛格中心的洁净室来制造多用途芯片，这些芯片可以承受清洁芯片所需的高温和刺激性溶剂，从而使它们可以安全地重复使用，”谢泼德说。

SCALAR芯片由硅和玻璃制成，与现有的基于聚合物的平台相比具有多种优势。它们不仅可以防止与这些平台相关的材料浸出问题(从而导致污染)，而且还可以在极高的温度下进行灭菌，使其成为制药应用的理想选择。此外，该平台可以重置和重复使用，从而提供环境效益并降低总体制造成本。

虽然研究人员最初使用SCALAR平台来配制SARS-CoV-2刺突编码mRNALNP疫苗，但他们认为应用范围要广泛得多。

“除了解决制药行业当前的关键需求之外，Sarah的工作还是微加工、微流体和脂质纳米颗粒技术的巧妙结合，”合著者、工程与应用科学学院生物工程教授DavidIssadore说。在宾夕法尼亚大学。“很少有学生能够在博士学位期间完成如此雄心勃勃的事情。”

“这项技术有潜力成为纳米医学领域的基石，超越基于RNA的疗法，”米切尔说。“SCALAR芯片的可扩展性和适应性很可能使它们成为RNA脂质纳米颗粒药物制造工具包中的瑞士军刀。”

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