バイオ医学、化粧品、その他の分野でのマイクロ流体制御技術の応用
マイクロ流体技術 最近、バイオ医学、化粧品、生物殺虫剤などの分野で著しい進展を遂げている学際的なテクノロジーです。これは、関連産業の開発とアップグレードを促進する可能性があります。
マイクロ流体制御技術とは何ですか？
マイクロ流体制御技術は、 マイクロ流路チップに基づく、原料の流速、体積比、混合順序、および位置を正確に制御します。この技術により、有効成分を包み込む多様な均一な液滴構造を設計できます。 微小な流体容積を精密に制御、マイクロ流体製造技術により、様々な微乳化剤や均一な配送容器を設計することが可能になり、有効成分を包含し、その結果として有効成分に安定性、持続放出、ターゲティングなどの特性を付与することができる 安定性、持続放出、およびターゲティング.
マイクロ流体チップ構造タイプ：マイクロ流体チップの基本的な構造は同軸フォーカシング、流れ集中交差、Y字型などがあり、これを使用して単一の液滴を調製することができる。これらの基本的な構造を組み合わせて改善することで、二重、複数またはさらに多室の液滴を作成し、一連のプロセスで1つ以上の有効成分の効率的な配送を実現することが可能
(A) 同軸フォーカシングデバイス；(B) 流れ集中型；(C) T型；(D) Y型；(E-G) 組み合わせ型；(H-J) 改良型
マイクロ流体製造技術の利点
❖高効率な混合と精密な制御
❖均一な粒子サイズを生む滴下構造設計を可能にする
❖強力な産業用途のための連続生産プロセスを提供する
01 バイオ医学におけるマイクロ流体製造技術の応用
1) リポソーム
標的腫瘍の薬物送達キャリア
リポソームは、リン脂質が水に分散すると形成される二重膜構造を持つ球状小胞であり、サイズは数ナノメートルから数百マイクロメートルまでの範囲で、水相を封入しています。薬物のキャリアとして、 リポソームは薬物を保護し、効果を向上させ、体内の毒性を低減し、薬物のターゲティングを改善することができます。1995年にFDAが承認した初のナノドラッグであるDoxilは、ドキソルビシンの心毒性を著しく低下させ、抗腫瘍活性を損なうことなく
標的腫瘍の薬物送達キャリア
リポソームは、リン脂質が水に分散すると形成される二重膜構造を持つ球状小胞であり、サイズは数ナノメートルから数百マイクロメートルまでの範囲で、水相を封入しています。薬物のキャリアとして、 リポソームは薬物を保護し、効果を向上させ、体内の毒性を低減し、薬物のターゲティングを改善することができます。1995年にFDAが承認した初のナノドラッグであるDoxilは、ドキソルビシンの心毒性を著しく低下させ、抗腫瘍活性を損なうことなく
Development of Functionalized Liposomes
Liposomes prepared via traditional methods often exhibit poor batch-to-batch reproducibility and considerable variation in particle size and properties, limiting many research projects to the lab stage. Microfluidic technology enables liposomes with consistent batch-to-batch quality, controllable particle size and properties, and the ability to carry multiple drugs, particularly advantageous for targeted tumor drug delivery.
The core of microfluidic technology is converging two-phase fluids to form nanoscale particles. By incorporating different drugs into the two phases, dual-drug loading is achievable; adding functionalized phospholipids or ligands attached to phospholipids in the organic phase may allow for the one-step production of multifunctional liposomes.
Liposomes prepared via traditional methods often exhibit poor batch-to-batch reproducibility and considerable variation in particle size and properties, limiting many research projects to the lab stage. Microfluidic technology enables liposomes with consistent batch-to-batch quality, controllable particle size and properties, and the ability to carry multiple drugs, particularly advantageous for targeted tumor drug delivery.
The core of microfluidic technology is converging two-phase fluids to form nanoscale particles. By incorporating different drugs into the two phases, dual-drug loading is achievable; adding functionalized phospholipids or ligands attached to phospholipids in the organic phase may allow for the one-step production of multifunctional liposomes.
2) Lipid Nanoparticle (LNP)
FDA承認の核酸薬物送達システム
リピッドナノ粒子（LNP）技術は、ほとんどの認可を受けたmRNA COVID-19ワクチン（完全および緊急使用許可を含む）の基盤です。現在、開発中の臨床mRNA薬の90%以上もLNP送達システムに頼っています。
FDA承認の核酸薬物送達システム
リピッドナノ粒子（LNP）技術は、ほとんどの認可を受けたmRNA COVID-19ワクチン（完全および緊急使用許可を含む）の基盤です。現在、開発中の臨床mRNA薬の90%以上もLNP送達システムに頼っています。
❖siRNA療法: Onpattro（パチシラン）は、hATTRアミロイドーシスの治療に使用される最初の承認されたsiRNA療法です。LNP siRNA技術は、他の遺伝子および慢性疾患の治療に新たな道を開いています。
❖mRNAワクチン: mRNA COVID-19ワクチンの成功した開発は、ワクチン分野におけるLNP技術の大きな潜在能力を示しています。LNP mRNAワクチンは、免疫応答を効果的に促進し、流行病の制御に貢献しています。
❖mRNAセラピー: LNP mRNAシステムは、心血管疾患、肝線維症、希少疾患などさまざまな疾患の治療に使用でき、遺伝子編集も可能にします。
❖mRNAワクチン: mRNA COVID-19ワクチンの成功した開発は、ワクチン分野におけるLNP技術の大きな潜在能力を示しています。LNP mRNAワクチンは、免疫応答を効果的に促進し、流行病の制御に貢献しています。
❖mRNAセラピー: LNP mRNAシステムは、心血管疾患、肝線維症、希少疾患などさまざまな疾患の治療に使用でき、遺伝子編集も可能にします。
LNPキャリアー調製ソリューション
デリバリー効果を確保するためには、LNP粒子のサイズは通常、均一な粒子分布を持つ100nm未満に制御する必要があります。マイクロ流体技術はこのための確立されたソリューションを提供します: 核酸とリン脂質を別々の水性相と有機相に溶解し、マイクロ流体チップ内でこれら2つの相を迅速に混合することにより、脂質ナノ粒子が一括して形成されます。これにより均一な粒子サイズ分布が可能になるだけでなく、総流量と流量比を調整することで精確なサイズ制御も可能です。脂質ナノ粒子は一度に生成されます。これにより、均一な粒子サイズ分布を実現するだけでなく、総流量と流量比を調整することで精確なサイズ制御も可能です。
デリバリー効果を確保するためには、LNP粒子のサイズは通常、均一な粒子分布を持つ100nm未満に制御する必要があります。マイクロ流体技術はこのための確立されたソリューションを提供します: 核酸とリン脂質を別々の水性相と有機相に溶解し、マイクロ流体チップ内でこれら2つの相を迅速に混合することにより、脂質ナノ粒子が一括して形成されます。これにより均一な粒子サイズ分布が可能になるだけでなく、総流量と流量比を調整することで精確なサイズ制御も可能です。脂質ナノ粒子は一度に生成されます。これにより、均一な粒子サイズ分布を実現するだけでなく、総流量と流量比を調整することで精確なサイズ制御も可能です。
3) Hydrogel Microspheres
Delivery vectors for small-molecule drugs or growth factors
Hydrogel microspheres can protect, deliver, and locally release drugs (such as small molecule drugs or growth factors). The early use of hydrogel microspheres for drug delivery was in plastic surgery to enable sustained release of growth factors, aiding bone and cartilage repair. Hydrogel microspheres are also frequently used in pulmonary drug delivery and as carriers for growth factor delivery within microtissues研究によると、インターロイキン-10を含んだハイドロゲルマイクロスフィアは心臓修復を促進することが示されており、また、ハイドロゲルマイクロスフィアは胃でのインスリンの分解を保護し、患者が注射からより便利な経口投与に切り替えることを可能にします。
ハイドロゲルマイクロスフィアの製造方法
ハイドロゲルマイクロスフィアを製造するための一般的な方法には、バルク乳化、マイクロ流体乳化、リソグラフィ、静電スプレー、および機械的破砕が含まれています。 マイクロ流体乳化法 は効果的にハイドロゲルマイクロスフィアの形成プロセスを制御し、指定された形状のマイクロスフィアを生成します。
Delivery vectors for small-molecule drugs or growth factors
Hydrogel microspheres can protect, deliver, and locally release drugs (such as small molecule drugs or growth factors). The early use of hydrogel microspheres for drug delivery was in plastic surgery to enable sustained release of growth factors, aiding bone and cartilage repair. Hydrogel microspheres are also frequently used in pulmonary drug delivery and as carriers for growth factor delivery within microtissues研究によると、インターロイキン-10を含んだハイドロゲルマイクロスフィアは心臓修復を促進することが示されており、また、ハイドロゲルマイクロスフィアは胃でのインスリンの分解を保護し、患者が注射からより便利な経口投与に切り替えることを可能にします。
ハイドロゲルマイクロスフィアの製造方法
ハイドロゲルマイクロスフィアを製造するための一般的な方法には、バルク乳化、マイクロ流体乳化、リソグラフィ、静電スプレー、および機械的破砕が含まれています。 マイクロ流体乳化法 は効果的にハイドロゲルマイクロスフィアの形成プロセスを制御し、指定された形状のマイクロスフィアを生成します。
02 マイクロ流体テクノロジーの化粧品への応用
機能性スキンケアのトレンド
ダブルエマルション構造
消費者に好まれる美白、保湿、アンチシワ、および抗老化効果など、複数の利点があるスキンケア製品は、多くの化粧品会社にとって研究やマーケティングの焦点となっています。人気のあるスキンケア製品において単一の原材料サプライヤーへの依存が珍しくなり、生産技術の改善がユニークなブランドの優位性を構築する鍵となっています。
スキンケア製品の中で、乳液タイプの製品（さまざまな保湿剤/クリーム）が全体の70%以上を占め、 ダブルエマルジョン製品 はさらなる応用可能性があります。たとえば、ビタミンCやベクチオールなどの不安定または酸化しやすい有効成分を内部の液滴に完全に封入し、外部の液滴が使用する時点まで保護し、消費者による吸収を可能にします。このトレンドは、多くの国際的に知られた製品に明らかに表れています。さらに、水/油/水や油/水/油のシステムを持つダブルエマルジョンは、油溶性成分と水溶性成分の両方を1つのローションに共存させることで、配合設計と製品の効力を支援しています。
エマルジョン テクノロジー比較
❖1世代 機械攪拌：エマルジョンサイズの分布と製品の安定性において制限があります。
❖第2世代 高圧均質化：粒子のサイズ分布と安定性が良好ですが、有効成分の効果を維持するにはより多くの乳化剤が必要です。多層エマルジョン構造の実現が困難です。
❖第3世代 マイクロ流体技術：同じ配合の下、均一で制御されたエマルジョンサイズ（より小さな粒子サイズが可能）、有効成分の強い包括、直截的な多層エマルジョン設計。
マイクロカプセル化された化粧品の応用事例
すでにいくつかの有名な化粧品会社が、マイクロ流体技術を製品開発と製造に取り入れています。
❖Dior Prestige Rose Micro-Oil — マイクロ流体技術を使用してバラエキスを包装し、新鮮な活性を保ち、乳化剤の必要性を減らし、配合の優しさを高めます。
機能性スキンケアのトレンド
ダブルエマルション構造
消費者に好まれる美白、保湿、アンチシワ、および抗老化効果など、複数の利点があるスキンケア製品は、多くの化粧品会社にとって研究やマーケティングの焦点となっています。人気のあるスキンケア製品において単一の原材料サプライヤーへの依存が珍しくなり、生産技術の改善がユニークなブランドの優位性を構築する鍵となっています。
スキンケア製品の中で、乳液タイプの製品（さまざまな保湿剤/クリーム）が全体の70%以上を占め、 ダブルエマルジョン製品 はさらなる応用可能性があります。たとえば、ビタミンCやベクチオールなどの不安定または酸化しやすい有効成分を内部の液滴に完全に封入し、外部の液滴が使用する時点まで保護し、消費者による吸収を可能にします。このトレンドは、多くの国際的に知られた製品に明らかに表れています。さらに、水/油/水や油/水/油のシステムを持つダブルエマルジョンは、油溶性成分と水溶性成分の両方を1つのローションに共存させることで、配合設計と製品の効力を支援しています。
エマルジョン テクノロジー比較
❖1世代 機械攪拌：エマルジョンサイズの分布と製品の安定性において制限があります。
❖第2世代 高圧均質化：粒子のサイズ分布と安定性が良好ですが、有効成分の効果を維持するにはより多くの乳化剤が必要です。多層エマルジョン構造の実現が困難です。
❖第3世代 マイクロ流体技術：同じ配合の下、均一で制御されたエマルジョンサイズ（より小さな粒子サイズが可能）、有効成分の強い包括、直截的な多層エマルジョン設計。
マイクロカプセル化された化粧品の応用事例
すでにいくつかの有名な化粧品会社が、マイクロ流体技術を製品開発と製造に取り入れています。
❖Dior Prestige Rose Micro-Oil — マイクロ流体技術を使用してバラエキスを包装し、新鮮な活性を保ち、乳化剤の必要性を減らし、配合の優しさを高めます。
❖シャネルカメリアリペアクリーム（マイクロエッセンス、クリーム、アイクリーム）
❖エリザベス・アーデンスーパースタートウォーターエッセンス+フローレススタートプライマーセラム（ヒアルロン酸）03生物医薬におけるマイクロ流体技術
ナノ農薬キャリアシステムは、従来の農薬に関する問題、低い利用率、低い生物利用率、不安定性などに効果的に対処します。華東理工大学薬学院の朱衛平教授と楊楊楊氏は、連続生産のためのマイクロ流体ベースのナノ粒子プラットフォームを提案し、効果的なリポソームに包装されたdsRNAナノ殺虫剤を製造し、ビートアーミーワームなどの害虫を効果的に制御します。 LNPカプセル化は、dsRNAを核酸分解酵素から保護し、dsRNAの安定性と細胞内送達を向上させ、これによりRNAiの効果を高めます。 このマイクロ流体ナノ粒子プラットフォームは、RNAiナノバイオ殺虫剤の高品質な連続生産の新しい道を提供し、ナノバイオ殺虫剤業界の成長を促進します。
ナノ農薬キャリアシステムは、従来の農薬に関する問題、低い利用率、低い生物利用率、不安定性などに効果的に対処します。華東理工大学薬学院の朱衛平教授と楊楊楊氏は、連続生産のためのマイクロ流体ベースのナノ粒子プラットフォームを提案し、効果的なリポソームに包装されたdsRNAナノ殺虫剤を製造し、ビートアーミーワームなどの害虫を効果的に制御します。 LNPカプセル化は、dsRNAを核酸分解酵素から保護し、dsRNAの安定性と細胞内送達を向上させ、これによりRNAiの効果を高めます。 このマイクロ流体ナノ粒子プラットフォームは、RNAiナノバイオ殺虫剤の高品質な連続生産の新しい道を提供し、ナノバイオ殺虫剤業界の成長を促進します。
モリマツインテリジェントマイクロ流体シンセサイザー
Morimatsu Intelligent Microfluidic Synthesizer（IMD-L）は安定した効率的なナノ医薬品調製プラットフォームとして機能し、実験室用の製剤スクリーニングおよび最適化のソリューションを提供します 実験室の配合のスクリーニングと最適化のための製剤をサポートし、流量は0.01ml/minから100ml/min、合成容量は1mlから50mlまでの範囲をサポートしています。複数の便利な機能があり、手動エラーや実験の負担を軽減します。加熱が必要な場合、モリマツの独立温度制御装置を使用することができ、注射器内の温度範囲は30°Cから65°Cです。洗浄用配方、準備用配方、廃棄物排出用配方などの配方タイプが含まれます。ユーザーはよく使用される配方を保存して呼び出し、簡単に実験を開始することができます。
Morimatsu Intelligent Microfluidic Synthesizer（IMD-L）は安定した効率的なナノ医薬品調製プラットフォームとして機能し、実験室用の製剤スクリーニングおよび最適化のソリューションを提供します 実験室の配合のスクリーニングと最適化のための製剤をサポートし、流量は0.01ml/minから100ml/min、合成容量は1mlから50mlまでの範囲をサポートしています。複数の便利な機能があり、手動エラーや実験の負担を軽減します。加熱が必要な場合、モリマツの独立温度制御装置を使用することができ、注射器内の温度範囲は30°Cから65°Cです。洗浄用配方、準備用配方、廃棄物排出用配方などの配方タイプが含まれます。ユーザーはよく使用される配方を保存して呼び出し、簡単に実験を開始することができます。
フォーミュラコール
フォーミュラの種類には、クリーニングフォーミュラ、準備フォーミュラ、廃棄フォーミュラが含まれます。ユーザーはよく使用されるフォーミュラを保存してコールすることができ、簡単に実験を開始することができます。
オンラインクリーニング
クリーニングフォーミュラをコールすると、クリーニング液が自動的に補充され、クリーニングタスクが完了します。モリマツはクリーニングプロセスに関するガイダンスを提供します。
自動サンプル収集
柔軟な設定により、前後のサンプル廃棄物処理が可能で、無人でのバッチサンプル収集が可能となり、サンプルの体積は時間または体積で設定されます。
稼働状況
稼働状況のリアルタイム表示には、注射器の残量、進捗状況、時間、および容積が明確に表示されます。
データ記録
リアルタイムでの操作データを記録し、便利なデータ分析のためにExcelでサポートされるエクスポータブルなデータ形式で提供されます。
フォーミュラの種類には、クリーニングフォーミュラ、準備フォーミュラ、廃棄フォーミュラが含まれます。ユーザーはよく使用されるフォーミュラを保存してコールすることができ、簡単に実験を開始することができます。
オンラインクリーニング
クリーニングフォーミュラをコールすると、クリーニング液が自動的に補充され、クリーニングタスクが完了します。モリマツはクリーニングプロセスに関するガイダンスを提供します。
自動サンプル収集
柔軟な設定により、前後のサンプル廃棄物処理が可能で、無人でのバッチサンプル収集が可能となり、サンプルの体積は時間または体積で設定されます。
稼働状況
稼働状況のリアルタイム表示には、注射器の残量、進捗状況、時間、および容積が明確に表示されます。
データ記録
リアルタイムでの操作データを記録し、便利なデータ分析のためにExcelでサポートされるエクスポータブルなデータ形式で提供されます。
応用例
IMD-Lプラットフォーム上でのmRNA-LNP準備において、リン脂質溶液とeGFP mRNA溶液の流速比は1:3を使用します。得られたmRNA-LNP溶液は、最終的なmRNA-LNP製品を得るために0.22マイクロンのろ過でろ過されます。
IMD-Lは、優れた性能を示し、3つの並行実験全体で平均粒子サイズが81-86nm、PDIが0.1未満のナノ粒子の準備を実現し、均一な粒子サイズとバッチの安定性を達成します。独自のリン脂質配合は95%以上の封入率を実現し、冷蔵保存1か月後も粒子サイズ分布が安定しています。
森松は、顧客のニーズに基づいて包括的でターゲットにしたソリューションを提供し、研究と製造の進展を支援するマイクロ流体技術の革新的な応用を探求し拡大しています。
参考文献
[1] Ji Hongbing, Huang Liyun.「微流体技術を用いたナノ・マイクロカプセルの合成に関する研究の進展」. 华南师范大学学报（自然科学版）, 2018, 50(5):10. DOI: CNKI:SUN.0.2018-05-004.
[2] Jin Yi, Su Mingzhu, Guo Jing, et al.「マイクロ流体力学的フォーカシング技術によるリポソームの調製と乳がんへのターゲティングに関する新しい戦略」. 中国薬学雑誌, 2022, 53(06):801-810.
[3] He Tianxi, Liang Qionglin, Wang Jiu, et al.「リポソーム薬物キャリアの微流体調製」. 化学進歩, 2018, 30(11):1734-1748.
[4] Zong Yan, Wei Tuo, Cheng Qiang.「組織特異的mRNA-LNPデリバリー技術の開発戦略」. サイエンス・バレティン, 2023, 1-10.
[5] Huang X, Ma Y, Ma G, Xia Y.「LNP-mRNAの治療的応用の解放: 化学、配合、および臨床戦略の解除」. 研究, 2024(7): 2639-5274.
[6] Daly AC, Riley L, Segura T, et al.「生物医学応用のためのハイドロゲル微粒子」. 自然材料レビュー, 2020(05):20–43.
[7]「イーサーインターナショナル: マイクロ流体技術を使用したエマルジョンとセラム化粧品の大量生産。」
[8]「MEMSパイオニア: マイクロ流体チップの化粧品業界への応用。」
[9] Jinshan X、Jiaxin Z、Jingyi Yら.Microfluidic-Based dsRNAデリバリーナノプラットフォームによるスポドプテラ・エグジュア防除の効率的な制御[J].農業・食品化学ジャーナル、2024年、72(22):12508-12515。
Morimatsu LifeSciencesについて
モリマツライフサイエンスは、モリマツインターナショナルホールディングス（モリマツインターナショナル、株式コード：2155.HK）の主要なビジネスセグメントの1つであり、主に、上海モリマツ製薬装備エンジニアリング有限公司、モリマツ（蘇州）ライフサイエンス有限公司、上海モリマツバイオテクノロジー有限公司、上海モリ・バイオニオンテクノロジー有限公司、Pharmadule Morimatsu Ab（スウェーデン）およびその子会社により構成されており、製薬、バイオ医薬品、化粧品医学、FMCG（化粧品、ベビー、女性＆ホームケア、ヘルスケア、生地＆ホームケア、食品、飲料、栄養補助食品）およびその他の産業にサービスを提供し、「コア装置+付加価値サービス+デジタルインテリジェンス統合プラントソリューションとサービス」（「MVPソリューション＆サービス」）を提供し、コア装置、ステンレス鋼プロセスシステム、使い捨てプロセスシステム、消耩品、ラボソリューション、デジタルおよびモジュラープラントソリューションとサービスに焦点を当てています。
多様な多国籍企業として、Morimatsuは、中国、日本、スウェーデン、アメリカ、インド、イタリア、シンガポールに子会社や先進的な製造拠点を開設し、効率的で専門的なチームのグローバルな足跡により、これまでに40以上の国と地域に異なる形態の製品やサービスを提供しています。
免責事項：このコミュニティは、Moomoo Technologies Inc.が教育目的でのみ提供するものです。
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