（高分子化学与物理专业论文）生物降解纳米微球在药物控制释放中的应用研究.pdf

南 开 大 学 硕 士 论 文 a b s t r a c t t h e t r i b l o c k c o p o l y m e r s p o l y ( l a c t i c a c i d ) / p o l y ( e t h y l e n e g l u c o l ) / p o l y ( l a c t i c a c i d ) ( p e l a ) w e r e s y n t h e s i z e d 勿r i n g - o p e n i n g b u l k p o l y m e r i z a t i o n o f d , l - l a c t i d e i n i t i a t e d w i t h a , t u - d i h y d r o x y - t e r m i n a t e d p o l y ( e t h y l e n e g l y c o l ) . t h e s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f p e l a c o p o l y m e r s w e r e c h a r a c t e r i z e d b y i r , h n m r , g p c . t h e w a t e r a d s o r p t i o n a n d d e g r a d a t i o n p r o p e r t i e s o f t h e c o p o l y m e r s w e r e s t u d i e d . i t w a s f o u n d t h a t t h e w a t e r a d s o r p t i o n c a p a c i t y o f t h e c o p o l y m e r f i l m s i n c r e a s e d w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e m o l e c u l a r w e i g h t a n d c o n t e n t s o f p e g s e g m e n t i n c o p o l y m e r . t h e d e g r a d a t i o n t i m e o f c o p o l y m e r i n p h o s p h a t e b u f f e r s o l u t i o n ( p h 7 .4 ) a t 3 7 0c w a s e x t e n d e d w i t h t h e d e c r e a s e d c o n t e n t o f p e g. n a n o s p h e r e s w i t h e n t r a p p e d i n s u l i n a n d n a n o s p h e r e s w i t h n o i n s u l i n w e r e p r e p a r e d b y a s o l v e n t e x t r a c t i o n m e t h o d u s i n g t h e s e p e l a c o p o l y m e r s . t h e n a n o s p h e r e s , a s s h o w n勿 t e m a n d d l s , h a v e a s m o o t h s p h e r i c a l s u r f a c e s i z e d b e t w e e n 1 0 0 - 2 0 0 n m a n d a n a r r o w u n i m o d a l s i z e d i s t r i b u t i o n . t h e s i z e s o f n a n o s p h e r e s w e r e d e p e n d e n t o n t h e m o l e c u l a r w e i g h t a n d c o n t e n t s o f p e g s e g m e n t a s w e l l a s t h e t y p e a n d c o n t e n t s o f s t a b i l i z e r u s e d i n t h e e m u l s i o n o f n a n o s p h e r e s . t h e a m o u n t o f i n s u l i n i n n a n o s p h e r e s a n d t h e e n t r a p m e n t r a t i o a c h i e v e d 1 7 .5 % a n d 8 7 .6 % r e s p e c t i v e ly . t h e . d e g r a d a t i o n o f n a n o s h p e r e s i n p h o s p h a t e b u f f e r s o l u t i o n l a s t e d o v e r 1 0 d a y s a n d t h e d e g r a d a t i o n i n fl u e n c e d t h e s i z e d i s t r i b u t i o n a n d t h e m o r p h o l o g y o f t h e n a n o s p h e r e s . t h e t e m p e r a t u r e , t h e s t a b i l i z e r a n d t h e a m o u n t o f i n s u l i n in n a n o s p h e r e s a l l h a v e e f f e c t s o n t h e s t a b i l it y o f t h e n a n o s p h e r e s . i t w a s f o r e c a s t e d b y c a l c u l a t i n g t h a t t h e p e r i o d o f v a l i d i t y o f i n s u l in - l o a d e d 南 开 大 学 硕 士 论 文 n a n o s p h e r e s w o u l d l a s t 6 0 0 d a y s . i n v i t r o s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t i o n i c i n t e n s i ty , p h a n d t h e p r o p e r ti e s o f n a n o s p h e r e s i n fl u e n c e d t h e r e l e a s e o f i n s u l i n fr o m n a n o s p h e r e s . a n d s t u d i e s o n in - v i t r o r e l e a s e k in e t i c s s h o w e d t h a t r e l e as e p r o f i l e s c o u l d b e w e l l m o d e l l e d u s i n g a b i e x p o n e n t i a l f u n c t i o n . t h e b u r s t e ff e c t w a s o b v i o u s . t w o k i n d s o f i n s u l i n - l o a d e d n a n o s p h e r e s w e r e g i v e n t o f o u r g r o u p s o f d i a b e t i c r a b b i t s ( t w o g r o u p s w a s i n j e c t e d e a c h o n e k i n d o f d r u g , a n d t h e o t h e r t w o g r o u p s e a c h w a s i n j e c t e d o n e k i n d o f d r u g w i t h 0 . 1 % s t a b i l i z e r ) . s i g n i f i c a n t d e c r e a s e o f g l u c o s e l e v e l w a s a c h i e v e d in a l l t h e f o u r g r o u p s . t h e d e c r e a s e l a s t e d 4 d a y s a n d t h e n t h e g lu c o s e l e v e l g o t b a c k . t h e c o r r e l a t i o n w a s o b v i o u s b e t w e e n t h e p e r c e n t a g e o f i n s u l i n r e l e a s e d a t p h 7 . 0 i n v i t r o a n d t h e p e r c e n t a g e o f g l u c o s e d e c r e a s e d w i t h in t h e f i r s t 3 d a y s . k e y w o r d s : n a n o s p h e r e s , in s u l i n , p o l y ( l a c t i c a c i d ) , p o l y ( e t h y l e n e g l y c o l ) , b i o d e g r a d a b l e , d r u g d e l i v e ry s y s t e m , c o n t r o l l e d r e l e a s e 南 开 大 学 硕 士 论 文 h j吕 随着科学技术的不断发展，人们对药物的治疗作用有着更高的要 求。 9 0 年代， 药物制剂的 研究开发已 进入药物控释系统( d r u g d e l i v e ry s y s t e m , d d s )时代。 药物控释系统因具有可以改善药物的有效性 和安全性、降低药物的毒副作用、减小抗药性、延长药物的作用时 间、减小给药频率及可实现药物的靶向输送等诸多优点，越来越引 起国内外制药工业的重视。 1-3 1 近年来，随着高分子科学、药学和现代医学的发展，药物控释系 统的研究发展非常迅速，无论是研究品种还是制剂类型都在不断增 多。目 前，以各种高分子生物材料为基质，利用高分子材料的不同 性能，结合制剂技术来控制药物制剂在人体内的输送、靶向，调节 药物释放速率的研究己成为生物医用高分子材料的研究重点，同时 对医药学、制剂学的发展也具有十分重要的意义。4 .6 1 一、用于药物控释系统的高分子材料 用于药物控释系统的高分子材料根据来源不同，可分为天然高分 子控释材料和合成高分子控释材料两大类;而对于合成高分子控释 材料，按其生物降解性能的不同，可分为非生物降解型和生物降解 型两类。 _ aft*9til 主一一一一一一一一 ( 一)天然高分子控释材料 1 、纤维素 纤维素是一种高度结晶的高分子量天然聚合物，来于自 然界又可 消失于自 然界，是良好的生物降解材料。纤维素用于药物控释系统 需对其进行改性，破坏纤维素的氢键，使纤维素分子上的轻基发生 反应，形成醚，如甲基纤维素、经乙基纤维素;酷，如醋酸纤维素; 或是缩醛，如丁缩醛纤维素。改性后的纤维素可制成性能良 好的生 物降解材料7 - 8 1 2 、蛋白质 白蛋白、明 胶等是常用的蛋白 质类生物降解材料。其降解主要是 肤键的水解反应，降解的产物为氨基酸，可被人体再次利用或排除 体外。而且此类材料还具有生物亲和性好、无异物反应、不致癌、 抗原性小、对组织恢复有促进作用等优点，故而常用于静脉注射型 药物控释体系9 - 10 1 3 、多糖类 淀粉是应用较早的多糖类生物降解型天然高分子。淀粉本身很 脆，不宜单独做降解材料使用，常进行改性。壳聚糖则是目 前研究 最多的多糖类天然高分子。壳聚糖是由甲壳质在碱性条件下脱乙酞 得到 1 一 ，2 1 。它具有良 好的生物亲和性和生物可吸收性，能在体内 逐 渐降解和代谢， 其自 身具有抗癌和抗菌等作用，是很有前途的药物 控释载体材料 1 3 1 4 、 聚轻基烷酸酷类( p ra ) 聚合物 南 开 大 学 硕 士 论 文 聚经基烷酸酷类聚合物是一类由 微生物产生的产物。化学结构式 为 - ( c h ( c h ) - c h z - c o - o j - ， 其生 物相容性甚至 好于 聚乳 酸 ( p l a ) 和聚乙醇酸 ( p g a ) ，具有中长期降解周期 ( 约 6个月) ，较适合作 为中长期控释药物的载体 1a - 1 5 1 。为满足不同的使用要求，可通过改 变菌种、碳源、基因等制造不同结构的聚合物。8 0年代 i c i 公司成 功提取了 聚轻基丁酸酷一 聚轻基戊酸醋共聚物( p h b - h v ) ，即为开发 出的b i o p o l 产品。 ( 二)合成高分子控释材料 1 、非生物降解型 首先用于控释体系的合成高分子材料是有机硅橡胶类，此类材料 具有生理惰性、无毒副作用、无味、理化性质稳定等优点，是医疗 领域中重要的弹性高分子材料。交联的硅橡胶常作为疏水药物 ( 麻 醉剂、激素等)的载体进行控制释放11 6 - 17 1 。乙烯一 醋酸乙烯酷共聚物 也是研究较早的一类药物控释载体。 采用不同共聚和方法可调节醋 酸乙烯酷的含量，使其在 3 0 % - 5 0 %间变化。o c u s e r 就是以这种材料 为 控释载体的 治 疗青光眼的 治 疗体系 1 9 1 ， 其缓释时间 超过 7天 ( 1 g 1 水凝胶是一类亲水性高分子载体，具有较好的生物相容性，自身能 感知处理并作功而响应外界环境细微的变化。以亲水凝胶为载体的 药物控释体系因其独特的物理、化学和生物学性质以及环境敏感性， 已被广泛用于药物控制释放系统，成为当前药物释放体系研究的热 点之一 19 1 。近年来，人们看中了水凝胶的独特响应功能，以其作为 南 开 大 学 硕 士 论 文 药 物载体尝 试性设计出 多 种智能型给药系统 ( i d d s ) 。 如 p h敏感给 药系统2 0 1 、热敏给药系统2 1 1 、生化响应性给药系统2 2 1 以及电场控制 的给药系统2 3 1 2 、生物降解型 ( 1 )聚轻基酸醋 聚轻基酸醋主要有聚乳酸( p l a ) , 聚轻基乙 酸( p g a ) ,聚己内 n a ( p c l ) ,聚9基丁酸p a ( p b b ) 及其共聚物等。由 于具有优异的 生物可降解性和生物相容性，它们在药物控释体系中得到广泛 应用2 4 1 。利用聚轻基酸醋作为载体可制成各种制剂，通过口 服、 注射、埋植等使其在体内降解持续释放药物达到长效的目 的。 根据其分子量的大小和制剂的不同，药效可保持 1天到 5年。 其中聚乳酸的应用研究最为热门。 聚乳酸是由乳酸脱水聚合成丙交醋，再由丙交酷开环聚合而成。 其化学结构式可简单表示为: - - o - c h ( c h ) - c o j ， 一 。聚乳酸在体内 代谢最终产物是二氧化碳和水，中间产物乳酸也是体内正常糖代谢 的产物，不会在重要器官聚集2 5 - 2 6 1 。乳酸是手性分子，因此 p l a有 四种形态， 即p l l a , p d l a , d ,l - p l a以 及m e s o - p l a o p l l a和p d l a 是半晶状高分子，机械强度好，常用作医用缝合线和外科矫正材料 2 2 8 1 o d , l - p l a是无定形高分子， 常用作药物控释的载体 . d ,l - p l a 目前在油溶性药物控释中己得到成功的应用3 0 - 3 3 1 。通过共聚等方法 向p l a结构中可引入轻基、接基、 氨基等可以 将其功能化 改善其 亲水性，因此 p l a在近年来大量涌现的多肤和蛋白质药物 ( 多为水 南 开 大 学 硕 士 论 文 溶性)的控释系统中得到广泛应用3 4 - 3 5 ( 2 )聚酸配 聚酸醉是在 7 0年代末开始被开发并应用于生物医学领域的一类 重要的可生物降解的高分子材料。它的种类很多，主要有脂肪族聚 酸配、芳香族聚酸配、杂环族聚酸醉、聚酸酸配聚酞胺酸配聚 氨酷酸配及可交联聚酸配等。 聚酸配是通过缩聚或开环聚合而得到的以酸i ff 键相连的聚合 物， 其结构式可简单表示为: - - c o - r - c o o 1- 。 酸配 键具 有水不 稳 定性，能水解成狡酸，而且聚酸i ff 具有优异的表面溶蚀性和生物相 容性，故该材料在药物控释领域得到广泛的应用3 6 - 3 9 1聚酸配对药 物控释效果良 好，但酸ff f 是一种亲电试剂，对有些药物可能会使其 失活。所以解决大分子敏感药物在加工过程中的失活问 题是聚酸ff f 用于药物控释的一个重要研究方向。 ( 3 )聚麟腊 聚麟睛是一族由交替的氮磷原子以交替的单键、双键构成主 链的高分子。其结构式为: - n - p ( r ) ( r ) 一 。 通过侧链衍生化引入 性能各异的有机基团可以得到理化性质变化范围很广的高分子材料 3 9 - 4 2 。 它的生物相容性好， 可生物降 解，水解降 解的最后产物只有氨、 磷酸及侧基，在体内可被吸收，所以聚麟睛适用于制备多种药物控 释系统4 3 - 4 4 。众多的研究报道都表明，聚麟睛作为药物控释载体， 通过对其侧基种类的选择、比例的调剂及侧基结构的设计与组合， 可调节材料水解降解速度、控制药物释放的速度、改变材料的力学 南 开 大 学 硕 士 论 文 状态等，无论对小分子还是大分子药物都可以得到较好的释药行为。 而且通过生物大分子及组合体在其表面的固定化还可以达到生物功 能化和生物智能化目的【4 5 1 ( 4 )脂肪族聚碳酸酷 脂肪族聚碳酸p a ( a p c ) 起初主要由 二氧化碳固 化反应合成， 是由 二氧化碳和环氧化物生成的交替共聚物4 6 1 ， 其结构式为: - j - c h r - c h r - o - c o o 了 。 一 ， 这 种利用大气的 二氧化碳制备高分子 材料的 方法， 在当今自 然资源日益短缺，温室效应日 益严重的情况下具有重要的 意义。 a p c结构中酷基的存在使得聚碳酸醋具有生物降解的能力， 同时它的良好的生物相容性和机械加工性能使其在药物控释体系中 的应用日益增多4 7 1 ( 5 )聚原酸酷 聚原酸酷是一种新型的生物降解材料，可通过多元原酸或多元原 酸酷与多元醇类经在无水条件下缩合形成原酸酷键而制得。简单的 聚原酸酷其结构式为: - r , - o - c ( r ) ( r ) - 0 。 一 ， 它的生物相容性好， 降解最终产物为水溶性的小分子，容易被生物体所代谢4 8 1 聚原酸 酷为疏水性聚合物，不溶于水，不发生溶胀，在生物体内的降解过 程主要发生在材料表面，称为 “ 表面溶蚀”4 9 1 。聚原酸酷作为药物 缓释材料的优点是可预测降解过程，可以恒定的速度控制药物释放。 ( 6 )聚q 一 氨基酸 随着生物技术的发展，获得大量的氨基酸成为可能，于是在 7 0 年代，聚。 一 氨基酸开始作为一种新型生物降解材料得到广泛的注 南 开 大 学 硕 士 论 文 意。它无毒性，生物相容性较好，降解产物为人体内天然存在的物 质，可制备具有不同理化特性和生物降解性的氨基酸共聚物;但由 于聚a 一 氨基酸在水解降解过程中生成的低聚体往往具有抗原活性， 而且目 前也缺乏生成高分子量的聚a 一 氨基酸的聚合方法，所以近年 来多把。 一 氨基酸或其二肤转化为适当的高分子单体，再进行聚合或 共聚5 0 - 5 11 。其结构式为:一 价 c o - c h ( r ) - n h -j ， 一 。由 于聚。 一 氨基酸具 有丰富的侧链基团，应用于药物控释系统时，也常将药物与聚合物 侧链基团共价结合，制备复合型的聚。 一 氨基酸缓释药物。随着聚合 物一 药物共价键的断裂，药物被游离出来发挥其效用。 此外能用于药物控释的生物降解高分子还有聚酞胺、聚缩醛类等 等，而且新的材料还在不断被开发。生物降解型高分子控释材料现 在已成为高分子生物材料分子工程研究中一个十分重要的内容。 二、药物控释系统的研究 中国药典对缓释、控释制剂的定义做过规定:缓释制剂指药 物在规定溶剂中，按要求缓慢的非恒速释放，且每日 用药次数与相 应普通制剂比较至少减少一次或用药间隔时间有所延长的制剂。控 释制剂指药物在规定溶剂中，按要求缓慢地恒速或接近恒速释放， 且每日用药次数与相应普通制剂比较至少减少一次或用药间隔有所 延长的制剂。国内外缓释、控释名称都不统一，有时也不严格区分， 为了方便起见，本文均采用控释一词，其中也包括控制药物缓释的 概念。药物控释系统的研究包括药物控释机理、释药体系及方法、 _进 f f ) 剑 兰生主一一一一一一一 体 外 释 药 动 力 学 、 体 内 药 代 动 力 学 以 及 动 物 实 验 等 的 研 究 。 ( 一)药物控释机理 药物控释的机理通常可分为5 种5 z 1 : ( 1 ) 扩散控制，( 2 ) 化学控 制，( 3 )溶剂活化控制，( 4 )离子交换控制，( 5 )磁控制。扩散控 制中药物通过在聚合物中的扩散被释放出来。化学控制中药物因聚 合物的降解或某些键的水解、酶解而被释放。对于生物降解型释药 体系来说主要是由扩散控制和化学控制两种机制共同作用5 3 -5 5 。我 们研究的作为载体的生物降解型高分子与药物的结合方式主要有蓄 积式、均混式和高分子药物三种形式:蓄积式药物控释系统是将药 物用物理方法包在高分子膜内， 药物通过扩散作用及高分子膜的降 解作用释放;均混式药物控释系统是将药物均匀地混在高分子基质 中，药物通过扩散作用并协同高分子的降解作用释放;高分子药物 是指药物与高分子以化学键相连，药物通过化学键断键反应而被释 放出来。 ( 二) 微球微囊及纳米微球释药体系 根据药物种类、给药方法、给药部位等的不同，以及药物在高分 子材料中载药方式的不同，人们采用不同类型的释药体系。由 此划 分形成了四大释药体系为:片剂型药物释放体系、膜载药体系、微 球微囊体系、 纳 米微球体系。以 下主 要介绍后两种 释药 体系。 1 、微球微囊 南 开 大 学 硕 士 论 文 这是用高聚物为膜材料，将液体或固体药物包裹成直径为 l n m - 5 0 0 0 p m的 微小 胶 囊。 药 物 胶囊 化 后具 有 延 缓 释药， 提高 药 物 稳 定 性， 降低对机体的刺激性，改进某些药物的物理性质以及将液体药物固 化等作用。 药物从经典的聚乳酸一 聚乙醇酸 ( p l g a )生物降解微球中的释放 存在三相的释放过程5 6 ，在最初的一段时间内微球表层的药物通过 扩散很快释放出来;随后出现一个仅有少量药物释放的潜伏期 ( 第 二相) ，在此期间聚合物的分子量较低，但是其质量保持相对恒定; 经过这段潜伏期后，聚合物开始发生溶蚀 ( 第三相) ，导致聚合物的 质量损失，是药物释放的主要步骤。 以一般方法制备的微球表面含药量较多，对于非溶蚀性微球在释 药时增加了扩散层，对于溶蚀性微球则改变了其表面积，从而导致 释药初期的爆破效应5 7 。为了解决这个问 题有人提出了一种一步法 植被双层微球的技术5 s 。选用全适溶剂将两种聚合物分别溶解，药 物均匀分散其中，然后混合，再分散到第三种不相溶的分散媒中形 成乳剂，此两种聚合物溶液间可达到铺展平衡。接着将乳液升温， 使乳液的每个液滴内部发生相分离，这种相分离能被设计成使一种 聚合物高度均匀的包在另一种聚合物外形成双层微球。这种方法还 能够用来制备多层微球。此外还有一种为提高载药微球的药物包封 率的双喷嘴喷雾干燥成囊技术也值得注意:将大分子药物与 p l g a 溶 于 有 机溶 剂中 经 喷 嘴 喷 雾 干 燥成 囊， 在 相 对向 的 另 一 喷 嘴 喷 入5 0 酬 甘露醇溶液，后者的微粒可聚集在药物微球表面，即可起抗粘的作 南 开 大 学 硕 士 论 文 用，增加药物收得率，同时又可减少药物的突释效应。用此法制备 的 肤类药 物胶囊， 如 促甲 状腺 激素 释放激素( t r h ) 包封率可 达9 8 % e 2 、纳米微球 纳米微球为固态胶体颗粒，大小在 1 0 n m - 1 0 0 0 n m 间，由大分子 构成并可作为药物载体。一般的给药途径为静注，也有作为口服和 眼部给药途径的 研究报道。 纳米微球在血流中能被网 状内 皮系统( r e s ) 摄取，6 0 % - 9 0 %分布在肝内，2 % - 1 0 % 在脾，3 % - 1 0 %在肺，很少分 布在骨髓。利用这个特点，可将药物输送至靶器官5 9 -6 1 。某些纳米 微球有沉积在肿瘤内的趋势，所以用纳米微球为载体，有望提高抗 肿瘤药物对癌症的疗效。较小尺寸的纳米微球还可以通过血脑屏障， 可解决某些药物无法到达脑部的难题6 2 。但是有时并不希望它们被 r e s吸收，而希望药物微球停留在血液中的时间较长缓慢将药物释 放到血液中。为此可通过对微球表面改性，用吸附或共价键接的方 法，在微球表面覆以生物相粘性物质或特定的细胞和组织抗体，从 而使得r e s 难以 辨认，以 达到 尽可能 不被r e s 吸收的目 的 6 3 纳米微球的应用主要有以下三方面:( 1 )静脉注射给药:聚氰基 丙烯酸烷酷 ( p a c a ) 微球作为抗肿瘤药物的 载体，如放线菌素d . 阿霉素、5 - f u 、阿糖腺昔、阿克拉霉素、米托葱酮等6 4 - 6 6 ，利用其 能聚集于肿瘤组织内之趋向，可提高药物的疗效6 7 - 6 8 。载瘤大鼠静 脉注射放线菌素d, p a c a微球和游离药物进行疗效对比试验，游 离药物组动物在开始2 3 d内有一定的抑瘤效果，随后肿瘤生长迅速。 而载药 p a c a纳米微球在较长时期内有良 好的抑瘤效果，体内药物 南 开 大 学 硕 士 论 文 清除速度明显减慢。另一试验报道荷瘤大鼠 用阿霉素游离药物和阿 霉素 p a c a纳米微球静注后，后者对动物毒性降低，从而提高治疗 指数。小鼠存活期明显延长6 9 - 7 0 o ( 2 )口 服给药:口服是最方便的 用药途径，但多肤蛋白 质药物直接口服一般无效。以纳米微球为载 体可减少药物对肠胃的刺激，防止胃肠道消化酶对药物的破坏，对 药物有一定屏蔽作用，而且能通过 ( 小肠集合淋巴结)使达到较好 吸收 7 1- 7 2 。 如消炎 痛制成纳米制剂可以 降 低消炎 痛致溃疡的 副作用， 大大提高疗效7 3 - 7 a o ( 3 )眼部给药:眼药水治疗眼疾，半衰期仅 1 m i n - 3 m i n ， 而用p a c a纳米微球，由 于可吸附在结膜和角膜上，消 除半衰期可延长至 1 5 m i n - 2 0 m i n ，试验证明匹鲁卡平 p a c a纳米微 球治疗患青光眼家兔，其生物利用度是眼药水的1 .8 倍7 3 3 、药物微球微囊及纳米微球的制备方法 载药微粒制备方法主要有:乳液聚合法、界面聚合法、界面沉积 法、大分子蛋白生成法、溶剂提取及蒸发法和凝聚法等。 乳液聚合及界面聚合法是制备纳米微球的重要方法7 6 - 7 7 ，乳液聚 合方法既可适用于连续的水相、也可适用于连续的有机相。典型的 在连续的水相中乳液聚合的方法如下:首先，单体溶于水相进入乳 化剂胶束，形成有乳化剂分子稳定的单体液滴，然后通过引发剂或 高能辐射在水相中引发聚合。聚甲基丙烯酸甲酷、聚烷基异氰酸酷、 聚丙烯酸类共聚物微球均可通过此方法制得。对于以有机相作为连 续相的乳液聚合制备微球也已有报道，但是由于使用大量的有机溶 剂和有毒的表面活性剂，因此应用受到限制。界面聚合的方法也被 包f 左*巫生竺逐一一一一一一 用来制备微球。这是利用在界面处发生聚合反应而形成的微球。典 型方法是单体从一侧向界面扩散，催化剂从另一侧向界面扩散，药 物位于中间的液体分散相内。乳液聚合及界面聚合的方法虽然为微 球提供了新的制备方法，但由于在聚合过程中引入了催化剂以及未 反应的单体，因此必须考虑由 此而引入的毒性问 题。 界面沉积法是在制备载药微粒时为了解决脂溶性药物的包封问题 而发展起来的(7 8 - 7 9 1 。形成机理是:溶有药物的油相与醇酮两亲相混 合后加入到水相中，两亲相逾越水油界面快速分散到水相中，导致 界面张力下降，一方面使得脂溶性药物的油相自发乳化形成纳米液 滴，另一方面使具有两亲性的单体或聚合物移至界面发生聚合或沉 积。 这种方法具有重复性好、药物包裹量大、粒径均匀的优点。 溶剂提取及蒸发法主要分为两步进行，即液滴的形成和溶剂的除 去。 常用的 方法是根据包裹材料的 性质制成油包水( w / o ) 和水包油 ( o / w ) 的乳液体系， 包裹材料和芯材处于分散相中。 液滴形成后即是 第二步将溶剂提取或蒸发掉。各种溶剂的提取及挥发都存在着一个 溶剂从液滴向周围介质扩散的过程，因此蒸发速度或提取速度对最 终的微球表面有很大的影响。提取速度快时使微球表面呈现多孔性， 而蒸发的方法可形成相当光滑的表面。搅拌速度对乳液液滴的形成 有很重要的影响，尤其是在制备纳米微球时，常在均化器内通过高 速搅拌或者在强烈的超声波下形成微乳液，从而形成粒径更小的纳 米微球。在通常情况下，o / w 乳液体系对水溶性药物的包裹不甚理 想;同样，w/ o乳液体系对亲脂性药物也不理想。因此，发展了一 南 开 大 学 硕 士 论 文 种双乳液技术，包括 wi o i w 和 o i wi o乳液体系，可提高药物的包 裹量。通过溶剂蒸发的方法，选择合适的制备参数，可以在很宽的 粒径范围内制备微球，现在己成为应用最普遍的微球微囊制备技术。 8 0 - 8 3 凝聚法与完全去除溶剂的沉淀不同，是只部分去除溶剂的过程。 在凝聚混合物中，富集高分子的相称作 “ 凝聚相” ，相对较少的相称 作 “ 凝聚介质” 。按照高分子的水溶液和非水溶液的差别，有水相和 有机相凝聚之分，其中被包裹的材料不溶于凝聚介质中。对于凝聚 机理通常认为有两种可能:fl )被包裹的材料逐渐被新形成的凝聚 核所包埋。b)先形成较大的凝聚体，然后再进行包埋。由凝聚法 所得到的微球尺寸正比于高分子溶液的浓度，而反比于搅拌速度。 ( 三)生物降解型释药体系的体外释药动力学 体外释药动力学研究的是药物的体外释放和时间的关系，即体外 释药的过程。根据动力学数据可以考察各种因素 ( 如聚合物性质、 稳定剂类型、微球粒径、载药量、包封率以及制备工艺等)对释药 产生的影响。从而可以指导选择条件，达到所需的释药效果。 生物降解聚合物的降解有两种方式8 a ，非均匀降解，即表面降解 和均匀降解，即本体降解，前者只在聚合物表面发生，而后者在聚 合物表面和本体内同时发生。以生物降解聚合物为药物载体的释药 体系，其释药过程与聚合物的降解方式以及药物在聚合物中的扩散 行为有关。聚合物降解和药物扩散行为分别为限速步骤时，系统的 _m二主*9 注 ix 2二一一一一一一一 释药动力学可分别由降解释药方程和扩散释药方程来表述8 5 1 1 、降解控释过程 降解控释过程中系统释药速率与降解速率有关，若降解方式为本 体降解，释药速率与系统表面积/ 体积比有关，降解开始时释药速率 较慢，随聚合物迅速溶解，释药速率也很快增加。如果降解方式为 表面降解，则释药速率受系统表面积/ 体积比以及系统形状的影响。 不同形状的表面降解控释释药方程如下: 、夕、/、了、夕， (l(2(3匆(5 平面膜片型:释药速率 释药量 累积释药百分量 释药速率 释药量 d a 力， ， -= v七n a d t m t 二 a b c o t mt t 力 仁佃 d 竺= 2 n c h b (y 。 一 川 d t ” 二 ac oh+ o 一 b t )t2 、产、12 了0，了 2.、r、 累积释药百分量 累积释药百分量 a41 2t 一 _t zm oo tm - (tm ) m t _m m ，一 卜 t )3im ” 为 表 面 降 解 速 率 ( dx7 t ) t- 0 , m -0 分别为释药时间和释药总量 c 。 为单位面积药量，a 为表面积 h , y 。 分别为圆柱体的高度和半径。 型型中 柱球其 2 、扩散控释过程 扩散控释系统释药过程主要受药物自 身扩散行为的影响。对于生 物降解型骨架系统，在降解速率远小于扩散速率时，可用 h i g u c h i 方程表示: 南 开 大 学 硕 士 论 文 d a 介a d t 2 2 d c ., c o t ( g ) 1一2 、，.，7 若降解以一级动力学速率进行时 ( 大多数水解反应都满足) ，将渗透 系数p 一 d c , .， 代入 ( 8 ) 可得 p = p a e ( 9 ) p o 为降解前药物在聚合物中的渗透系数，k 为一级降解速率常数。 c 9 )式可转化为: d m= d t a d c , , , y一x ( 1 0 ) m t 二a c o y ( 1 1 ) d y b 万= ， b c y 、 i 一e x p . 一二 二 二一 l口 七 : .， ) ( 1 2 ) 3 、生物降解控释体系 通常的生物降解型药物控释系统，释药同时受降解和扩散控制。 对于表面降解型控释系统，释药速率取决于药物扩散行为和表面溶 蚀性。设y 为系统初始表面至， 时系统内药物前沿的距离，x 为系统 初始表面至， 时表面的距离，即溶蚀距离，c 。 为药物在聚合物中的单 位含量，b 为降解速率常数。在溶蚀一 扩散的实际过程中，药物在开 始时因为扩散距离( y - x ) 相对较短， 释放较快，一旦扩散与溶蚀达到 平 衡 ， 则 释 药 速 率 恒 定 ， 其 值 大 小 取 决 于 斜。 在 b c oy 2 .3 d c ,。 时， 释药 速率 接 近降解速率，即转为聚合物降解控制。 对于生物可降解的微球释药系统来说，影响药物从制剂中释放 的因素很多，除受药物的特点 ( 分子量、分子体积大小、水溶性及 与载体材料的相容性) 、共聚物的性质 ( 组成、分子量、结晶性、降 一.1一、一;一，|!1十川仁引 南 开 大 学 硕 士 论 文 解速度等) 、制剂的特征 ( 形状粒径、表面性质等)及释放环境影响 较大外，药物在制剂中的含量及分布、药物与材料及其降解产物的 相互作用等也对释放模式有影响8 6 1 生物降解微球中药物的释放行为有零级方式8 7 1 、三级模式 ( 即 爆发释放、低速率缓慢释放、最后又以较高速率释放)8 8 及双相动 力学模型 ( 即开始爆发释放、在其后相当一段时间内以较恒定的速 率释放) 。大多生物降解微球制剂的释药为双相动力学模型，其释药 过程受材料降解控释和药物扩散控释 ( 扩散通道由制备过程形成、 药物扩散后产生、材料部分降解而成等多种形式产生)双重作用。 快释和慢释两个阶段各表现为一个一级动力学释药过程。其动力学 方程可简化描述为: m, m . = 1 一 a e x p ( 一 a t ) + b e x p (-a t l ( 1 3 ) 釜表 示 ! 时 刻 累 积 释 药 百 分 数 ， 其 中 一” 值 反 映 了 两 个 释 药 阶 段 的释药速度大小，a 值反映了 爆发效应的大小程度。 在进行体外释药动力学的研究中，我们常用的方法是通过实验先 测出各时间的释放量及释放曲线，然后分别按照相关的方程进行拟 合，观察相关系数、比较拟合曲线，得到较为吻合的释药方程，再 通过比较方程中的参数来比较不同体系的释药特性8 9 在对药物释放的各种曲线进行拟合时，首先要选择相关的拟合方 程，有时也需要对某一段时间的曲线进行拟合，或分段拟合，求出 相应的方程。常用的拟合方程模型除 ( 1 3 )式外还有: 1 .零级释放 一一.一一一一一一|划.| 南 开 大 学 硕 士 论 文 y % = k t ( 1 4 ) y %为累积释药百分数，k , 。 为零级释放速度常数， t 为时间。 2 .一级释放 lo g ( y 。 一 y ) = 一 孺 + io g m ( 1 5 ) y . 为 最大累 积释放百 分 数，kr 。 为一 级 释放速度常数， m为常 数。 3 . h i g u c h i 方程 q = k h t / a( 1 6 ) 4 . w e i b u l l 分布函数 i n in l瑞石 = m l n (t 一 f ) 一 in t o ( 1 7 ) 式中f ( t ) 即 累 积释放百 分 数， m为 形状参数， to 为尺 度参数 : 为位置参数，一般为零 ( 无时滞) 。 三、研究课题的提出 随着生物技术和遗传工程的发展，具有药理活性的多肤与蛋白 质 的种类日益增多，用途越来越广泛，逐渐成为未来药物发展领域的 重要组成部分。这类大分子药物多为内 源性物质，药理作用强，副 作用少，很少引起过敏反应;但易被胃肠的消化酶降解，生物半衰 期短，而且由于这类药物具有较好的水溶性，很难通过生物体内的 许多脂质结构的屏障，同时其分子量大，难于吸收，无法用普通剂 型给药，使用高分子材料对水溶性药物进行控制释放是解决药物口 服及注射局限的有效途径。 胰岛素 ( i n s u l in , i n s ) 是治疗i n s 依赖性糖尿病 ( i d d m)的必 南 开 大 学 硕 士 论 文 备药物。 i d d m病人长期每日3 - - 1 1 次皮下注射给药，痛苦不堪，因 而开展了改变 i n s给药途径的广泛研究19 0 1 . i n s口服给药的研究虽 不少，包括脂质体9 1 1 、乳剂9 2 1和肠溶制剂9 3 1 等，但仍存在许多问题， 其中之一是生物利用度太差 ( 一般远小于 5 %) ，只能通过用很大剂 量才能达到治疗效果，所以实际上不可行。 以可生物降解的高分子纳米材料为药物载体的纳米粒子给药系统 是近年来药物控制释放方面的研究热点，对生物医学的发展具有重 要意义。由于药物载体尺寸减少至纳米级，可以有效的降低对人体 组织的刺激反应及致癌作用。以纳米微球做 i n s的载体以 增加胃肠 道的吸收己有报导9 4 - 9 5 , 7 2 1 ，但由于 i n s吸收不规律、生物利用度较 低或所加促进剂的刺激性等原因，未能达到实用程度。有研究表明， 利用纳米微球释药系统的优势， 制备 i n s的纳米微球乳液制剂用于 注射给药，可以克服口服吸收及生物利用度低的问题。 聚乳酸和聚乙二醇的共聚物作为载体用于注射给药的纳米微球释 药系统具有众多的优点。聚乳酸因其优良的生物降解性、生物相溶 性和血液相溶性，经证实可用于人体9 6 -9 7 1 ，其材料特性及应用在上 文中已有介绍。聚乙二醇常被作为亲水链段引入生物降解型聚醋链 中。与其它可改善亲水性的天然蛋白 和糖类相比，聚乙二醇拥有许 多优势，( 1 )便宜易得;( 2 )既溶于水又溶于多种有机溶剂;( 3 ) 优异的端基反应性和可修饰性;( 4 )不具免疫原性，而且得到 f d a 批准可用于人体。聚乙二醇与聚乳酸共聚形成的聚乳酸/ 聚乙二醇/ 聚 乳酸三嵌段共聚物在水溶液中能形成壳层的纳米微球，壳层为亲水 南 开 大 学 硕 士 论 文 性的聚乙二醇链段，它可以使纳米微球避免被人体网状内皮系统及 肝、脾、肾等器官识别捕获，具有较长的血液循环时间9 8 。从药物 活性角度分析，由聚乙二醇形成的微环境也有利于多肤和蛋白质药 物在储存和给药过程中保持其活性9 9 - 1 0 2 聚合物降解后，亲水的聚 乙二醇可通过肾排除体外 10 3 3 。所以以聚乳酸/ 聚乙二醇/ 聚乳酸三嵌 段共聚物作为载体的药物纳米粒子在多肤、蛋白质类药物的非肠胃 给药控制系统中有很大的应用的潜力。 本研究在筛选作为载体的共聚物材料的基础上，制得载药的纳米 微球乳液，并将其制成静脉注射针剂进行释药动力学及动物实验的 研究，为下一步临床实验作好充分准备。这些工作无论在高分子材 料的理论研究中还是在医学临床实践中都具有较为重要的指导意 义。 一一一一一一一一一一oi 3 f * a 第一章 实验部分 第一节 实验试剂与规格 乳酸 ( l a m = 9 9 .0 8 ) a .r 天津市光复精细化工研究所 氧化锌( m = 8 1 .3 8 ) a .r 天 津市化学试剂三厂 无水乙醚 ( m= 7 4 . 1 7 ) a .r 天津易发化学试剂厂 乙酸乙酷 ( m = 8 8 . 1 1 ) a .r 天津市博迪化工有限公司监制 正庚烷( m = 1 0 0 .2 1 ) a .r 天津市博迪化工有限公司监制 聚乙二醇( m= 6 0 0 , 1 0 0 0 , 2 0 0 0 , 4 0 0 0 , 6 0 0 0 ) 天津天泰精细化学品有限公司进口分装 辛酸亚锡 ( m= 4 0 5 . 1含量9 5 %) c .p美国s i g ma公司 二氯甲 烷 ( m = 8 4 .9 4 ) a .r天津天泰精细化学品有限公司 磷酸二氢钾 ( m= 1 3 6 . 0 9 ) a . r天津市耀华化工厂 磷酸氢二钠 ( m= 3 5 8 . 1 4 ) a .r 天津市耀华化工厂 丙酮 ( m= 5 8 .0 8 )优级纯 天津市化学试剂二