近日，中国科学院上海高等研究院与上海交通大学联合团队在Journal of Controlled Release期刊发表研究论文“Nanocrystal maturation in doxorubicin liposomes determines functional performance: real-time insights from in situ SAXS”。该工作依托国家蛋白质科学研究（上海）设施BL19U2 BioSAXS线站，搭建原位载药测试平台，利用时间分辨同步辐射X射线小角散射（TR-SAXS）技术，实时追踪了多柔比星脂质体内部药物纳米晶体从形成到成熟的完整动态演变，首次揭示了“药物包封”与“纳米晶体成熟”是动力学解耦的独立过程。包封率快速达标并不等同于脂质体内部已经形成结构稳定、功能成熟的药物纳米晶体。该发现为脂质纳米药物的工艺优化与关键质量属性（CQAs）评价提供了直接的结构学依据。

包封率评价的结构学局限

Doxil^®是全球首个获批上市的纳米药物，其临床疗效核心源于脂质囊泡内多柔比星-硫酸根纳米晶体结构。现行硫酸铵梯度远程载药工艺在60–65 ℃下，多柔比星数分钟内包封率即可超过95%的包封率，但实际生产中孵育时间常需延长至30–60分钟。为什么包封率已经达到要求，孵育过程却不能立即结束？关键的科学问题在于，包封率仅反映药物进入脂质体的总量，无法表明药物在脂质体内部的组装结构。药物可能先快速进入并形成初级聚集体，而后经历缓慢的结构重排与晶格成熟。传统离线表征手段仅能观测静态终点或有限时间点结构，难以捕捉载药过程中瞬态中间体，限制了对该机制的深入理解。

图1. 原位SAXS装置示意图及SAXS图谱

晶体成熟度或可作为关键质量属性

研究团队在同步辐射BL19U2线站搭建原位载药平台，实现载药全过程的实时结构追踪，并结合冷冻透射电镜与体外释放动力学分析，完整阐明多柔比星-硫酸根纳米晶体的多阶段结构演变机制。结果表明：载药6分钟内包封率突破98%，但此时药物仅形成束状聚集体，晶格有序度较低，属于亚成熟中间态，其1小时体外累积释放率达50%。随着孵育延长，纤维束逐步优化排列，载药23–30分钟后晶体完全成熟，释放行为趋近零级动力学。据此，载药过程可归纳为三步机制：①过饱和驱动的初级沉淀；②一维快速组装形成纤维束，但三维长程有序晶格尚未建立；③缓慢的晶格重排与成熟，该步骤直接决定制剂稳定性与释药行为。药物摄取可在数分钟内完成，结构成熟则需要更长的孵育时间。因此，载药工艺终点不能仅以包封率判定，纳米晶体成熟度应是决定产品功能表现的关键CQA。

图2. 脂质体内多柔比星-硫酸盐纳米晶体形成过程示意图

原位TR-SAXS为纳米药物工艺优化提供动态结构依据

本研究展现了同步辐射原位TR-SAXS技术在纳米医药领域的独特优势：非破坏性、近真实生产溶液环境下的动态表征能力，可连续追踪纳米尺度组装、相变与晶格演化，弥补了冷冻电镜等静态技术的不足，将难以直接观察的载药过程转化为可定量分析的动态结构参数。相较于单纯包封率测定，该方法能够明确药物初级聚集体至成熟晶体的结构转变路径、晶体有序度随孵育时间的变化及其与药物释放行为的关联。该方法亦可拓展至mRNA脂质纳米颗粒、无机纳米晶体载体等其他体系的动态形成过程研究，结合机器学习建立“结构-工艺-释放性能”关联，推动纳米药物研发从经验驱动向结构精准驱动转型。需指出，本机制基于多柔比星-硫酸根晶体模型体系，对于无定形、凝胶态或不同反离子体系，其后组装规律尚待进一步探索。未来，时间分辨SAXS有望成为脂质纳米药物研发与生产转化的重要结构学工具。

中国科学院上海高等研究院李怡雯副研究员、李娜研究员，上海交通大学魏晓慧副教授为共同通讯作者。该研究获国家自然科学基金委、上海市科委等项目资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365926008266