吡喹酮植入剂的制备及体外释放的研究.docVIP

吡喹酮植入剂的制备及体外释放的研究程亮，郭圣荣*上海交通大学药学院，上海 200240摘要：目的 制备吡喹酮（PZQ）植入剂并对其体外释放进行考察。方法 采用热熔融挤出法，以聚己内酯（PCL）及聚乙二醇1500（PEG1500）为基质材料制备吡喹酮植入剂，并用NMR、HPLC、XRD、FSEM对药物在制备过程中的热稳定性、药物在植入剂中的含量均匀度、药物在植入剂中的物理状态及植入剂释放前后的形貌进行了考察 结果 药物在制备过程中没有发生分解，药物的含量均匀度均在80120的规定范围，药物的结晶度随着PEG1500含量的增加而不断降低，药物的释放速度随着PEG1500含量的增加而不断加快，体外释放符合Higuchi释放模型。结论 热熔融挤出法制备吡喹酮植入剂工艺可行，药物的释放可以通过改变PEG1500含量进行调节。关键词：吡喹酮；聚己内酯；聚乙二醇；植入剂；体外释放中图分类号： 文献标识码： 文章编号：Study on preparation and in vitro drug release of praziquantel implantsCheng Liang, Guo Sheng-rongPharmacy school of shanghai jiaotong university, Shanghai 200240Abstract: OBJECTIVE To prepare praziquantel implants and investigate the in vitro drug release. METHODS Praziquantel-contained implants were fabricated by hot-melting extrusion, and PCL、PEG1500 were chosen as the matrix. The thermal stability of PZQ during the process was analyzed by NMR; the drug content uniformity was determined by HPLC; the physical state of PZQ in the implants was studied using XRD; the surface and cross-sectional morphology of implants were observed by SEM. RESULTS PZQ was stable during the fabrication process; the drug was dispersed uniformly in the implants and the drug content uniformity was in the range of 80120; with the increasing content of PEG1500 in the implants, the drug release rate was accelerated and the crystalline of PZQ was depressed; the in vitro drug release was fitted well with Higuchi equation. CONCLUSION The hot-melting extrusion method is feasible to prepare praziquantel-contained implants, the in vitro drug release can be adjusted by changing the content of PEG1500.Key Words: praziquantel; Polycaprolactone; Polyethylene; implants; in vitro drug release包虫病（Hydatid disease）又称为棘球蚴病，是由棘球属绦虫引起的人畜共患寄生虫病。我国包虫病的分布主要在西北省份的畜牧区，调查显示在上述地区此病的发病率约为111。目前，包虫病的治疗手段为手术治疗和化学治疗：手术治疗的成本及危险性较高，同时该方法对医疗条件的要求也较高，故在西北牧区难以普及；化学治疗具有给药方便、成本低廉、安全有效等优点，故为我国治疗包虫病的首选方案。但是，传统的给药方式，即口服给药，依旧存在几点不足：.药物的水溶性较差，口服药物后，部分药物因不能完全溶解而无法吸收；.由于肝首过效应，经肠道吸收的药物，大部分被代谢成无药理活性的产物，致使药物的利用率较低；.根据该病的严重程度，口服药物的治疗疗程通常为1月到数月不等，频繁地口服药物给病人带来了许多痛苦，另外，较高的口服剂量极易产生耐药性2,3。植入给药系统（implantable drug delivery systems）是近年来制剂研究的热点，药物通过植入给药不仅可以有效避免肝的首过效应，而且还可以极大程度地提高药物的生物利用度，减少给药的次数4。在前期的研究中，我们采用加热熔融挤出法制备了一种以聚己内酯为基质的吡喹酮植入剂，体外释放表明，药物可以缓慢释放长达100天以上，较慢的药物释放速率可能达不到有效的治疗浓度，因此我们通过添加亲水性的PEG来改善药物的释放。本研究制备了以PEG、PCL为混合基质的吡喹酮植入剂，并考察了药物在PEG、PCL混合基质中的体内外释放。1 仪器与材料1.1 材料吡喹酮（纯度99，上海嘉辰化工有限公司），聚己内酯（重均分子量为50000，日本大赛璐有限公司），聚乙二醇1500（国药集团化学试剂有限公司），甲醇（色谱级，上海星可生化有限公司），其余试剂均为分析级。1.2 仪器高效液相色谱仪（Shimadzu LC-10AD泵，Shimadzu SPD-10ADvp紫外检测器，Shimadzu柱温箱），Dikma C18 色谱分离柱（4.6250 mm，粒径5 um）TGL-16G型高速离心机（上海安亭科学仪器厂），QL-901型旋涡混合器（江苏海门市麒麟医用仪器厂），场发射扫描电子显微镜（FSEM，JEOL-7401F，日本JEOL公司），X-射线衍射仪（XRD，日本Rigaku公司）。2 实验方法2.1 植入剂的制备采用热熔融挤出法（Hot-melting extrusion）制备吡喹酮植入剂，即按一定重量百分比分别称取PZQ、PCL、PEG，置于研钵中, 用玻璃棒混合 30 min 后，将其投入到双轴螺旋流变仪中，加热至熔融，并继续搅拌20min，加热温度为70 ，搅拌速度为45rpm。待熔融物固化后，将得到的固体分散体粉碎，并填充于自制的注射器中，于70 条件下将熔融的固体分散体挤入到内径为3mm 的圆柱状模具中，室温冷却固化后，脱模，并将所得圆棒截成长度为20 mm的植入剂。2.2 植入剂中药物含量均匀度的测定2.2.1 色谱条件色谱柱：Dikma C18柱（4.6250 mm，5 um）；流动相：甲醇-水（100:40）；流速：1.0 mlmin-1；柱温：30；检测波长：263 nm。2.2.2 样品处理将每批植入剂中随机抽取的植入剂样品分别溶解于2 ml 乙腈中，随后加入8 ml 甲醇沉淀PCL，所得混悬液于10000 rpm 高速离心15 min，移取上清液，微孔滤膜过滤后，取样20 ul 用于HPLC 分析。2.2.3 精密度考察取10.0，100.0，200.0 mgml-1（低、中、高）3个质量浓度的PZQ甲醇溶液，于一天内的不同时间测定溶液的峰面积，计算日内精密度，日内RSD分别为2.62，1.54，1.13；连续5天测定溶液的峰面积，计算日间精密度，日间RSD分别为2.85，1.65，0.74。2.2.4 回收率考察分别精密称取1.0，5.0，10.0 mg PZQ到10 ml 容量瓶中，加入5.0 mg 空白植入剂，按2.2.2项下操作除去PCL后，吸取1 ml 上清液到10 ml 容量瓶中并用甲醇定容至刻度线。采用HPLC法测定回收率，低、中、高3个质量浓度的回收率分别是99.99，100.08，99.99，符合要求。2.2.5 植入剂中药物含量考察从每批植入剂中随机抽取10 份植入剂样品，按2.2.2项下操作，测定植入剂中的药物含量。照中国药典2005年版要求计算植入剂中药物含量均匀度。药物含量均匀度植入剂中实际药物量/植入剂中理论药物量1002.3 药物稳定性考察随机抽取3份植入剂样品，按2.2.2项下操作，吸取全部上清液，于50水浴条件下，旋转蒸干有机溶剂，所得固体物质溶解于氘代氯仿，并用核磁共振分析。作为对照，原料药也用核磁共振分析。2.4 X-射线衍射分析植入剂样品中各个成分的物理状态用XRD扫描分析，扫描角度范围为5 45，PCL、PEG1500及PZQ作为对照。2.5 吡喹酮植入剂的体外释放从每批植入剂中随机抽取3份植入剂样品，置入30 ml具塞玻璃瓶中，加入新鲜配制的释放介质25 ml（0.2 SDS水溶液），浸入37的水浴恒温振荡器中。在预定的时间点，吸取释放液5 ml，0.45 um滤膜过滤后用于HPLC分析，同时更换全部释放介质。2.6 植入剂形貌考察植入剂在释放前后的表面及截面形貌用场发射扫描电镜观察。植入剂样品在观察前冷冻干燥48 h，然后喷金3 min，观察电压为1 kv，观察电流为20 mA。3 结果与讨论3.1 植入剂的制备采用热熔融挤出法制备植入剂具有操作简单、无有机溶剂残留、成本低廉等优点，但是由于较高的制备温度，不利于药物的稳定性，同时在混炼过程中，药物颗粒难以保证均匀分散于材料基质中5。为了克服以上不利因素，本实验选择了一个较低的操作温度70，及更长的混炼时间20 min。由图1可见，从植入剂中提取的PZQ与原料药PZQ具有几乎一致的核磁图谱，表明PZQ在加热处理过程中没有发生分解。由表2可见，各个处方构成的植入剂样品中的PZQ含量均匀度均处于80120范围，表明药物在植入剂中分散十分均匀。SampleFormulationsTheoretical drug loadingThe percentage of actual drug loadingPZQPEGPCL(%, w/w)to theoretical drug loading (%SD)1500505099.8%1.225054550101.4%0.635010405099.6%2.8450203050100.6%3.255030205098.8%2.4表1 植入剂中实际药量（n10）Table1 The actual drug loading of the implants (n=10)a.b.图1 纯PZQ及提取PZQ的核磁共振图Fig1 H1NMR spectra of pure PZQ and extracted PZQ: (a) pure PZQ (b) extracted PZQ3.2 X-射线衍射分析PZQ、PEG1500、PCL及各个处方的植入剂样品的XRD图谱见图2。由图2可以看出，当PEG1500含量5时（d，e），PZQ的结晶状态没有任何改变，PZQ以结晶状态分散于植入剂中；当PEG1500含量10时（f，g，h），PZQ的结晶度随着PEG1500含量的增加而不断减小，这可能是由于PZQ结晶部分溶解于PEG1500的无定型区域，本结果与Haesslein6等得到的实验结果相吻合。PCL及PEG1500在所有植入剂样品中均以部分结晶状态存在。图2 PCL、PEG、PZQ及不同PEG含量的植入剂样品的X射线衍射图Fig2 The XRD diffraction patterns of: (a) PCL; (b) PEG; (c) PZQ; (d-h) implants with different PEG content of 0, 5, 10, 20, 30, respectively, and the drug content of implants was constant at 50%.3.3 植入剂的体外释放按各个处方制得的植入剂的体外释放曲线见图3，可以看出随着PEG1500含量的增加，PZQ的释放速率不断加快，0 PEG1500的植入剂可以缓慢释放药物达到100 d以上，30 PEG1500的植入剂仅需25 d左右即可完全释放药物，这可能是由于以下三个原因造成的：1. PEG1500具有良好的水溶性，当植入剂与释放液接触后，PEG1500很快溶解到释放液中，由此在植入剂中留下许多孔隙，极大地增加了PZQ与释放液的接触面积，从而增加了药物的溶出；2. PEG1500为一两亲嵌段共聚物，具有一定的表面活性剂的作用，能够增加PZQ在释放液中的溶解度，从而增加药物的溶出。我们测定了PZQ在不同PEG1500含量的水溶液中的溶解度，发现PZQ在30 PEG1500水溶液中的溶解度比在纯水中的溶解度增大了3倍。3. 随着PEG1500在植入剂中含量的增加，更多的PZQ以无定型和/或分子态存在，这也增加了PZQ在释放液中的溶解度，从而有利于药物的溶出。图3 不同PEG含量的植入剂的体外释放曲线图Fig3 In vitro release profiles of PZQ from implants with different PEG content in 0.2% SDS aqueous solution at 37 (, 0% PEG; , 5% PEG; , 10% PEG; , 20% PEG; , 30% PEG; n=3)对体外释放结果用不同的释放模型（零级释放模型，一级释放模型，Higuchi释放模型）进行拟合，同时用Ritger-Peppas方程对植入剂的体外释放机制进行了研究，结果见表2。由计算结果可以确定植入剂的体外释放符合Higuchi释放模型，药物从植入剂中释放的机制为渗透扩散与溶蚀相结合的方式。FormulationZero-orderrFirst-orderrHiguchirRitger-Peppasr n0% PEG0.89690.67300.99700.98830.69775% PEG0.83700.63720.99610.99750.695310% PEG0.85870.65320.99960.99560.720220% PEG0.85300.64070.99930.99900.704530% PEG0.89830.65300.99890.99660.8862表2 释放曲线的拟合结果Table2 Data from regression fitting between dissolution profiles and several kinetic models (Zero-order, First-order, Higuchi) and the Ritger-Peppas model (release mechanism). The fitting of the different models and the dissolution profiles is expressed via the correlation coefficient r, the release mechanism is identified via n values.3.4 植入剂的形貌考察各个处方的植入剂样品在释放前后的表面及截面形貌见图4。由图4（a，b）可见，植入剂在释放前具有比较致密的表面及截面形貌，表明在热熔融-冷却固化过程中，基质材料得以很好的融合。由图4（c-l）可见，随着植入剂中PEG1500含量的增加，释放后的植入剂样品的表面及截面形貌均出现了更多的孔隙，这主要是由于PEG1500的溶出导致了基质的溶蚀而产生的。(b)(a) (d)(c) (f)(e) (g)(h) (i)(j) (k)(l) 图4 植入剂释放前后的表面及截面的扫描电镜图Fig4 Scanning electron microscopic photographs of implants before and after release: (a and b) the surface and cross-sectional morphology of implants before release; (c, e, g, I, k) the surface morphology of implants with different PEG content after release (from up to down: 0, 5, 10, 20, 30%); the cross-sectional morphology of implants with different PEG content after release (from up to down: 0, 5, 10, 20, 30%).4 结论本实验通过热熔融挤出法制备了以PCL、PEG1500为混合基质的PZQ植入剂，通过改变亲水性物质PEG1500的含量，得到了不同释药周期的植入剂，同时该制备方法具有简单、低成本、易于生产放大等优点。PZQ植入剂的体内药动学及组织相容性考察等方面有待进一步探索和研究。5 致谢本研究得到中国科技部“863科技重点支撑计划”的资助。REFERENCES1 WHO Informal Working Group on Echinococcosis. Guidelines for treatment of cystic and alveolar echinococcosis in humans. Bull Wo