【摘要】 室温制备会导致纳米颗粒聚集和变形，而冷冻TEM将IV铁胶体悬浮液保持在其天然冷冻水合和未稀释状态。

了解静脉注射（IV）铁药物产品的物理化学性质对于确保生产过程的一致性和简化至关重要。IV铁络合物制剂的物理化学表征历史长达数十年，核心尺寸和颗粒形态的差异是争论的主要来源。引起这一争议的主要原因之一是室温样品制备过程中的伪影，它影响了纳米铁颗粒尺寸、形状和团聚/聚集的准确测定。

 

在Yong Wu等人的研究中首次使用低温透射电子显微镜（cryo-TEM）保存技术，而不是传统的室温（RT-TEM）技术，报道了四种IV铁络合物制剂，葡萄糖酸铁钠、蔗糖铁、低分子量右旋糖酐铁和ferumoxytol的超细铁芯结构。并在冷冻TEM下表征了它们的铁芯尺寸和形态。常规室温TEM样品制备将与低温TEM进行比较，使用两个表面电荷相反的TEM网格，由二氧化硅和碳制成。所有IV制剂的流体动力学直径将通过动态光散射（DLS）进行测量，IV铁芯的晶体结构将通过X射线衍射进行评估。

图1(A)葡萄糖酸铁钠（SFG）、(B)蔗糖铁（IS）、(C)低分子量右旋糖酐铁（LMWID）和(D)ferumoxytol（FMX）的冷冻TEM显微照片[1]

 

高原子序数的铁芯在透射电镜下显示出暗对比度。图1表明，所有四种铁制剂都由分散的纳米级铁芯组成，其具有窄的尺寸分布、球形和大约2nm的平均尺寸。低分子量铁葡聚糖（LMWID）具有测试制剂中最高的铁芯颗粒密度（图1C），因为其铁浓度高。有趣的是，发现ferumoxytol（FMX）由几个铁碳水化合物颗粒形成的铁芯簇结构组成（图1D）。簇合结构表明，围绕铁氧醇铁芯的聚葡糖-山梨醇羧甲基醚涂层可能在不同的铁芯之间共享。这一发现也解释了为什么报道的ferumoxytol的流体动力学尺寸远大于其他，通过使用凝胶渗透色谱（GPC）和动态光散射（DLS）进行表征。由于铁碳水化合物颗粒与其特定的相邻颗粒相连，它们散射更多的光，并以更大的强度加权平均直径。

 

图2 通过使用冷冻TEM（A–D）、二氧化硅网格（E–H）和碳网格（I–L），对SFG（A，E，I）、IS（B，F，J）、LMWID（C，G，K）和FMX（D，H，L）的TEM显微照片进行比较[1]

 

IV铁剂的对比TEM图像如图2所示。其中黑色和电子致密结构呈现氧化铁的核心。通过冷冻TEM和其他室温制备方法制备的IV铁剂之间存在显著差异。

 

结果表明，室温制备会导致纳米颗粒聚集和变形，而冷冻TEM将IV铁胶体悬浮液保持在其天然冷冻水合和未稀释状态。与目前文献中的共识相反，所有四种IV铁胶体都表现出类似的氧化铁核形态，具有球形、窄尺寸分布和2nm的平均尺寸。此外，在四种测试的制剂中，ferumoxytol表现出由几个铁碳水化合物颗粒组成的簇状群落，这可能是其通过动态光散射测量的25 nm的大流体动力学尺寸的原因。我们的发现概述了一种在天然状态下识别胶体纳米颗粒核心尺寸的合适方法，这对于复杂药物制剂（如IV铁药物产品）的制造和设计控制越来越重要。

 

[1] Yong Wu, Peter Petrochenko, Lynn Chen, Sook Yee Wong, Mohammad Absar, Stephanie Choi, Jiwen Zheng, Core size determination and structural characterization of intravenous iron complexes by cryogenic transmission electron microscopy, International Journal of Pharmaceutics, Volume 505, Issues 1–2, 2016, Pages 167-174.