小干扰RNA（siRNA）作为一种新型基因治疗工具，可通过沉默特定基因来治疗多种疾病。然而，siRNA在体内易被快速清除（如通过肝脏积累），通常需要频繁注射以维持治疗效果，这不仅增加了患者的不适，还可能带来安全风险。尽管纳米颗粒载体和化学修饰（如FDA批准的ONPATTRO和Leqvio等药物）已显著延长了siRNA的体内稳定性和疗效，但仍存在急性毒性、暴露峰值高等问题。

为解决这些局限，有研究人员提出了一种基于PLGA微胶囊的新型递送策略，通过缓慢释放化学修饰的siRNA，实现单次注射即可维持长效基因沉默的目标。相关研究以“Syringable Microcapsules for Sustained, Localized, and Controllable siRNA Delivery”为题目发表于期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》。

本文要点：

1、本研究提出了一种基于微胶囊的新方法，用于延长小干扰RNA（siRNA）的局部活性。

2、通过微流控技术，使用FDA批准的可生物降解聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）制备了具有均一尺寸分布和壳厚的微胶囊，具有近100%的药物包封效率和高载药量（8900 μg siRNA/1 mg聚合物）。

3、平均直径为40 μm的微胶囊表现出优异的注射性能，可通过27至32 G的针头注射。

4、体外释放测试显示两种配方可持续释放3个月，随后在小鼠皮下注射实验中验证了其体内释放效果。

5、结果表明，微胶囊有效保护siRNA免受降解，实现了长达3个月的持续释放，相较于未包封的siRNA显著延长了药效。该方法为siRNA的可控、局部和长效递送提供了新思路。

通过微流控技术制备微胶囊的具体步骤如下：

1、微流控芯片的制备：

• 使用AutoCAD设计微流控芯片的图案，并将其打印在光刻掩膜上。通过光刻技术将图案转移到涂有SU-8光刻胶的硅片上，经紫外光曝光后，硅片依次在65°C和95°C下烘烤，未交联的SU-8通过PEGMA溶剂洗去，直至通道清晰可见。

• 将聚二甲基硅氧烷（PDMS）与固化剂按10:1的重量比混合，充分除气后倒入带有图案的硅片模具中。将模具放置在150°C下加热30分钟，使PDMS固化后剥离形成PDMS层。

• 使用2 mm直径的打孔器在PDMS层上制作进出口孔。随后，对PDMS层和玻璃载片进行氧等离子处理（30 W，20秒）以活化表面，将PDMS层粘附到清洁的玻璃载片上，并在150°C热板上加热5分钟以确保牢固粘合，最终形成完整的微流控芯片。

2、表面处理：

• 对微流控设备进行氧等离子体处理（100 W，1分钟），向亲水段注入10%（w/v）聚乙烯醇（PVA）溶液，同时用气流阻挡疏水段。

• 用真空吸出多余的PVA溶液，并在150°C下烘烤30分钟，使PVA与PDMS形成共价键。

3、微胶囊生成与表征：

• 在微流控设备中生成水包油包水（W/O/W）双乳液。内水相：1%（w/v）PVA溶液，含10 mg/mL胆固醇修饰的siRNA或1 mg/mL的10 kDa FITC-葡聚糖。中间油相：2-8%（w/v）PLGA溶解于二甲基碳酸酯（DMC）中。外水相：3%（w/v）PVA溶液。

• 使用倒置显微镜（10×物镜）和高速摄像机监控双乳液的形成，调整流速直至双乳液生成稳定。

• 将生成的双乳液直接收集到含有1 mL 3% PVA的玻璃瓶中，静置以使聚合物固化，形成微胶囊。

• 通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察微胶囊的形态，使用ImageJ软件测量微胶囊的尺寸和壳层厚度。

4、微胶囊的注射性测试：将微胶囊悬液装入不同规格的注射器中（27-32 G），通过注射测试其可注射性，并在注射后观察微胶囊的形态变化和回收率。

5、冻干和重构测试：将标记的siRNA与未标记的siRNA混合，制备微胶囊后进行冻干，观察冻干对微胶囊的影响。

6、体外释放测试：将微胶囊转移到含有1×PBS缓冲液的瓶中，定期收集上清液，使用RiboGreen RNA测定法测量释放的siRNA的量。

使用微胶囊递送小干扰RNA（siRNA）具有以下优势：

1、延长药效持续时间：微胶囊能够实现siRNA的缓慢释放，单次注射即可维持长达3个月的药效，避免了频繁注射的需求。

2、保护siRNA稳定性：微胶囊有效防止siRNA在体内被快速降解或清除，提高其稳定性和治疗效果。

3、高封装效率与载药量：通过微流控技术制备的微胶囊具有接近100%的药物封装效率和高载药量（8900 μg siRNA/1 mg聚合物），显著提升递送效率。

4、良好的注射性能：平均直径为40 μm的微胶囊可通过27至32 G的针头注射，适用于多种注射途径（如皮下、肌肉、脑室内等）。

5、可控释放：微胶囊的壳厚和组成可调，能够实现siRNA的可控释放，优化药物的药代动力学特性。

6、生物相容性和安全性：采用FDA批准的可生物降解材料PLGA制备，减少了急性毒性和暴露峰值高的问题，提高了安全性。

综上，微胶囊递送系统为siRNA的局部、长效和可控释放提供了高效、安全的解决方案。

图1.在基于PDMS的微流体设备中，使用水包油包水（W/O/W）双乳液作为模板制备PLGA微胶囊的工艺示意图。

图2.（A）使用CLSM成像的含有10kDa FITC葡聚糖染料的PLGA微胶囊的荧光（绿色，左）和亮场（灰色，右）图像；比例尺，100μm。插图：单个微胶囊的放大图像，红色箭头表示胶囊的外壳；比例尺，20μm。（B）微胶囊直径和内核直径分布的直方图。

图3.不同尺寸和壳厚的厚壳微胶囊的可注射性。

图4.不同尺寸和壳厚的薄壳微胶囊的可注射性。

图5.用不同PLGA制成的微胶囊的siRNA包封效率（A）和载量（B）。数据显示为平均值±标准差。

图6.微胶囊中siRNA的体外释放特性。

图7.小鼠皮下注射微胶囊中siRNA的体内释放曲线。

图8.第90天收集的肝脏、脾脏和皮肤组织中Hprt的相对基因表达水平，以相对于Actb的表达倍数表示。每个柱状图表示几何平均值±标准误差，以表达倍数形式呈现。统计分析方法为单因素方差分析，并使用Tukey事后检验进行多重比较（α=0.05），6次生物学重复，****p<0.0001；***p<0.001；**p<0.01；*p<0.05；ns：无显著差异。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c12805