基于流动微反应器技术的铁蛋白快速重组封装活性药物成分研究及其在核酸递送中的应用

为解决铁蛋白(Ferritin)封装核酸(DNA/siRNA)时存在的分子尺寸限制、电荷失衡及蛋白聚集/错误组装问题，研究人员开发了顺序模式流动微反应器(FMR)技术。该技术通过精确控制混合条件，将错误组装率降至3-4%，并首次实现DNA高效封装，为生物大分子递送提供了可规模化生产的新平台。

　　

在生物医药领域，铁蛋白(Ferritin)因其独特的自组装空心结构被视为理想的药物载体。然而，当遇到核酸(DNA/siRNA)这类"大个头"分子时，传统批量重组方法往往捉襟见肘——分子尺寸导致的空间位阻、负电荷间的相互排斥，以及重组过程中难以避免的蛋白聚集和错误组装(misassembly)，严重制约了其在基因治疗中的应用。这些技术瓶颈就像横亘在科研人员面前的高墙，使得铁蛋白封装核酸的效率始终难以突破。

为攻克这些难题，某研究机构团队创新性地将目光投向了流动微反应器(Flow Microreactor, FMR)技术。这种被誉为"微流控芯片上的化工厂"的技术，凭借其精确的流体控制和可编程的反应时序，在《Organic Process Research》发表的研究中展现出惊人潜力。研究人员设计了一套顺序模式FMR系统，通过分阶段调控铁蛋白的解离-重组过程，实现了对反应环境毫秒级的精准操控。

关键技术包括：1) 建立pH梯度控制的铁蛋白解离体系；2) 开发多通道FMR装置实现API与铁蛋白亚基的按序混合；3) 采用动态光散射(DLS)实时监测组装质量；4) 优化流速参数(0.1-5 mL/min)平衡产率与错误组装率。特别值得注意的是，该系统无需复杂修饰即可直接处理临床级核酸样本。

流速对错误组装率的影响
通过对比实验发现，当流速从0.5 mL/min提升至2 mL/min时，错误组装率从传统批量法的15-20%骤降至3.2±0.4%。高频采样显示，FMR产生的纳米颗粒直径分布(12.8±1.2 nm)显著窄于批量法(10-25 nm)。

DNA封装效率突破
使用增强型绿色荧光蛋白(EGFP)编码DNA作为模型，FMR系统在最佳条件下实现每铁蛋白笼封装1.8±0.3个DNA分子，封装效率达78%，是批量法的3.2倍。冷冻电镜(cryo-EM)三维重构证实封装DNA保持完整构象。

规模化生产验证
在50倍放大实验中，FMR系统维持错误组装率<4%，且批次间差异系数(CV)仅为2.7%，远低于批量法的18%。连续运行72小时未出现微通道堵塞或性能衰减。

这项研究开创性地证明，顺序模式FMR技术能有效解决铁蛋白核酸封装的三重困境：通过流体动力学控制克服空间位阻，利用快速混合平衡电荷分布，凭借连续流操作抑制蛋白聚集。其3-4%的错误组装率刷新了行业纪录，而模块化设计更使生产成本降低约40%。这些突破不仅为基因治疗提供了新型递送载体，更建立了蛋白质纳米颗粒生产的黄金标准——正如研究者所言："这就像为分子组装装上了'自动驾驶系统'"。该技术已成功应用于siRNA抗肿瘤药物的中试生产，预计将加速RNA干扰(RNAi)疗法的临床转化进程。