《药剂学》课件-微囊、微球脂质体

第十六章制剂新技术 第四节微囊与微球的制备技术 一 概述 微型包囊技术 microencapsulation 简称微囊化 系利用天然的或合成的高分子材料作为囊膜 将固态药物或液态药物包裹而成药库型微型胶囊 简称微囊 microcapsule 3 若使药物溶解和 或分散在高分子材料基质中 形成骨架型 matrixtype 的微小球状实体则称微球 microsphere 微囊和微球的粒径属微米级 1 250 m 而粒径在纳米级的分别称纳米囊 nanocapsule 和纳米球 nanosphere 它们都可以是药物的载体 作为给药系统应用于临床 4 一 药物微囊化的应用特点药物微囊化的应用日益繁多 至今已有30多类药物的报道 药物微囊化后有以下特点 8点 1 掩盖药物的不良气味及口味 如鱼肝油 氯贝丁酯 生物碱类及磺胺类等 2 提高药物的稳定性 如易氧化的 胡萝卜素 易水解的阿司匹林 易挥发的挥发油类等药物 5 3 防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激性 前者如尿激酶 红霉素 胰岛素等 后者如氯化钾 吲哚美辛等 4 使液态药物固态化便于应用与贮存 如油类 香料 液晶 脂溶性维生素等 5 减少复方药物的配伍变化 如防止阿司匹林与氯苯那敏配伍后加速阿司匹林的水解 而将二者分别包囊 6 6 控制药物释放速率 如左炔诺孕酮控释微囊及促肝细胞生长素肠溶微囊等 7 使药物浓集于靶区 如治疗指数低的药物或细胞毒素药物微囊化后 可以将药物浓集于肝或肺等靶区 提高疗效 降低毒副作用 如肺靶向汉防己甲素缓释微囊等 8 将活细胞 疫苗等生物活性物质包囊不引起活性损失或变性 如破伤风类毒素微囊等 7 如果药物口服的活性低 注射的半衰期短或全身毒性大 经采用微囊化这一新技术后 可以提高口服的活性和生物利用度 或通过非胃肠道给药显著延长药效 或浓集于靶器官 靶组织 降低全身毒副作用 降低全身毒副作用 从而制成满意的缓释制剂或靶向制剂 这对新药研制开发具有特别重要的意义 8 二 药物微囊化的进展目前 药物微囊化的商品还不多 微囊化研究的进展较快 其研究和应用经历3个阶段 第一阶段 1980年前 开始主要应用于掩盖药物的不良气味 提高药物的稳定性等方面 微囊粒径一般为5 2000 m 第二阶段微囊粒径减小到0 01 10 m 主要应用于控制药物释放 第三阶段主要是靶向给药的纳米粒 粒径为1 1000nm 9 近年来临床上应用微囊化抗癌药治疗癌症 如抗癌药微囊经人工化学栓塞提高治疗效果 有研究报道的品种有氯霉素微囊片 提高稳定性的复方维生素微囊片 牡荆油微囊片 降低刺激性的吲哚美辛微囊片 延长药效的复方甲地孕酮微囊注射液 亮丙瑞林微囊注射液 慢西律微囊骨架片 增加吸收的促肝细胞生长素微囊 药物浓集于肺的汉防己甲素微囊等 10 除蛋白质 酶 激素 肽类的微囊化外 还有胰岛活细胞的微囊化 它不仅能保持胰岛活力 并能在有糖尿病的动物体内长时期不断分泌胰岛素 此外 应用影细胞 ghostcell 或重组细胞 如红细胞 作载体 可使药物的生物相容性得以改善 将抗原微囊化可使抗体滴度提高 11 近10年报道较多的是多肽蛋白类 酶类 疫苗 激素类药物的微囊化 在英国还出版了JournalofMicroencapsulation 季刊 这对微囊化研究及应用都起了很大的促进作用 12 一 囊心物囊心物 corematerial 即是被包囊的特定物质 可以是固体 液体 溶液 乳状液或混悬液 除主药外可以加入的附加剂 如稳定剂 稀释剂以及控制释放速率的阻滞剂 促进剂和改善囊膜可塑性的增塑剂等 通常将主药与附加剂混匀后微囊化 亦可先将主药单独微囊化 再加入附加剂 二 微囊与微球的载体材料 13 若有多种主药 可将其混匀再微囊化 或分别微囊化后再混合 这取决于设计要求 药物 囊材和附加剂的性质及工艺条件等 另外要注意囊心物与囊材的比例适当 如囊心物过少 将生成无囊心物的空囊 囊心物也可形成单核或多核的微囊 14 囊材 载体材料 的一般要求是 性质稳定 有适宜的释药速率 无毒 无刺激性 能与药物配伍 不影响药物的药理作用及含量测定 有一定的强度 弹性及可塑性 能完全包封囊心物 具有符合要求的粘度 渗透性 亲水性 溶解性等特性 二 囊材 coatingmaterial 15 常用的载体材料可分为天然的 半合成或合成的高分子材料 1 天然高分子材料最常用的囊材 稳定 无毒 成膜性好 1 明胶 明胶是由18种氨基酸与肽交联形成的直链聚合物 通常是Mav 平均分子量 在15000 25000之间的混合物 因制备时水解方法不同 明胶分酸法明胶 A型 和碱法明胶 B型 16 A型明胶等电点为7 9 pH为3 8 6 0 B型明胶稳定而不易长菌 等电点为4 7 5 0 pH为5 0 7 4 两者的成囊性无明显差别 溶液粘度均在0 2 0 75cPa s之间 可生物降解 几乎无抗原性 通常可根据药物对酸碱性的要求选用A型或B型 用明胶为囊材 加入10 20 甘油或丙二醇可改善明胶囊材弹性 加入低粘度乙基纤维素可减少膜壁细孔 17 2 阿拉伯胶 系由糖苷酸及阿拉伯胶的钾 钙 镁盐所组成 一般常与明胶等量配合使用 作囊材的用量为20 100g L 亦可与白蛋白配合作复合材料 18 3 海藻酸盐 系多糖类化合物 常用稀碱从褐藻中提取而得 海藻酸钠可溶于不同温度的水中 不溶于乙醇 乙醚及其它有机溶剂 不同Mav产品的粘度有差异 可与甲壳素或聚赖氨酸合用作复合材料 因海藻酸钙不溶于水 故海藻酸钠可用CaCl2固化成囊 19 研究各种灭菌方法对海藻酸盐的影响 发现高温灭菌 120 20min 使其10g L溶液的粘度降低64 低温加热 80 30min 几个循环时灭菌效果较差 反而促使海藻酸盐逐步断键 用环氧乙烷灭菌也降低粘度和断键 膜过滤除菌的产物粘度和Mav都不变 20 壳聚糖是由甲壳素脱乙酰化后制得的一种天然聚阳离子型多糖 可溶于酸或酸性水溶液 无毒 无抗原性 在体内能被溶菌酶等酶解 具有优良的生物降解性和成膜性 在体内可溶胀成水凝胶 4 壳聚糖 21 人或牛的血清白蛋白 玉米蛋白 鸡蛋白 酪蛋白等蛋白 无明显抗原性 可生物降解 可加热交联固化或加化学交联剂固化 其他的天然高分子载体材料 羟乙基淀粉 羧甲基淀粉 葡聚糖及其衍生物 5 蛋白类及其他 22 半合成高分子材料多系纤维素衍生物 其特点是毒性小 粘度大 成盐后溶解度增大 1 羧甲基纤维素盐 羧甲基纤维素钠 CMC Na 常与明胶配合作复合囊材 在酸性液中不溶 水溶液粘度大 有抗盐能力和一定的热稳定性 不会发酵 也可以制成铝盐CMC A1单独作囊材 2 半合成高分子材料 23 2 醋酸纤维素酞酸酯 纤维醋法酯 部分乙酰化的醋酸纤维与苯二甲酸酐缩合制得 cellacefate CAP Celluloseacetatephthalate 略有醋酸味 在二氧六环 丙酮中溶解 水 乙醇中不溶 可溶于pH 6的水溶液 用作囊材时可单独使用 也可与明胶配合使用 3 乙基纤维素 EC的化学稳定性高 适用于多种药物的微囊化 不溶于水 甘油或丙二醇 可溶于乙醇 易溶于乙醚 遇强酸易水解 故对强酸性药物不适宜 24 4 甲基纤维素 MC在水中溶胀成澄清或微浑浊的胶体溶液 在无水乙醇 氯仿或乙醚中不溶 用作囊材的用量为10 30g L 亦可与明胶 CMC Na 聚维酮 PVP 等配合作复合囊材 5 羟丙甲纤维素 HPMC于冷水中能溶胀成澄清或微浑浊的胶体溶液 pH值4 0 8 0 无水乙醇 乙醚或丙酮中几乎不溶 有表面活性 25 有生物不降解的和生物降解的两类 生物不降解 且不受pH影响的囊材有聚酰胺等 生物不降解 但可在一定pH条件下溶解的囊材有聚丙烯酸树脂类等 近年来 生物降解的材料得到广泛的应用 如聚碳酸酯 聚氨基酸 聚乳酸 乙交酯丙交酯共聚物 己内酯与丙交酯共聚物 聚氰基丙烯酸烷酯类等 3 合成高分子材料 26 聚酯类是迄今研究最多 应用最广的生物降解的合成高分子 它们基本上都是羟基酸或其内酯的聚合物 常用的羟基酸是乳酸 1acticacid 和羟基乙酸 glycolicacid 乳酸缩合得到的聚酯称聚乳酸 用PLA表示 由羟基乙酸缩合得的聚酯称聚羟基乙酸 用PGA表示 由乳酸与羟基乙酸缩合而成的 用PLGA表示 亦可用PLG表示 27 PLA和PLGA经美国FDA批准 也作注射用微球 微囊以及组织埋植剂的载体材料 聚酯的特性常用热分析法测定 包括DTA及DSC 测定的主要参数是玻璃化温度Tg和晶体的熔点Tm 这些聚合物都表现出一定的溶蚀降解的特性 28 根据药物和囊材的性质 微囊要求的粒径 释放性能以及靶向特点 可选择不同的微囊化方法 目前可归纳为 物理化学法 物理机械法和化学法三大类 三 微囊的制备 29 一 物理化学法 本法微囊化在液相中进行 囊心物与囊材在一定条件下形成新相析出 故又称相分离法 phaseseparation 其微囊化步骤大体可分为囊心物的分散 囊材的加入 囊材的沉积和囊材的固化四步 见课本p399 30 相分离法又分为单凝聚法 复凝聚法 溶剂 非溶剂法 改变温度法和液中干燥法 相分离工艺已成为药物微囊化的主要手段之一 它所用设备简单 高分子材料来源广泛 可将多种类别的药物微囊化 31 是相分离法中较常用的一种 是在高分子囊材 如明胶 溶液中加入凝聚剂 以降低高分子溶解度凝聚成囊的方法 1 基本原理 如将药物分散在明胶材料溶液中 然后加入凝聚剂 可以是强亲水性电解质硫酸钠或硫酸铵的水溶液 或强亲水性的非电解质如乙醇或丙酮 1 单凝聚法 simplecoacervation 32 由于明胶分子水合膜的水分子与凝聚剂结合 使明胶的溶解度降低 分子间形成氢键 最后从溶液中析出而凝聚形成微囊 但这种凝聚是可逆的 一旦解除促进凝聚的条件 如加水稀释 就可发生解凝聚 使微囊很快消失 33 这种可逆性在制备过程中可反复利用 直到凝聚微囊形状满意为止 可用显微镜观察 最后再采取措施加以交联 使之成为不凝结 不粘连 不可逆的球形微囊 34 2 工艺 以明胶为囊材的工艺流程如下 35 例如复方左炔诺孕酮单凝聚微囊 将左炔诺孕酮 LNG 与雌二醇 E2 混匀 加到明胶溶液中混悬均匀 以硫酸钠溶液为凝聚剂制成微囊 再加入稀释剂 即硫酸钠溶液 稀释液体积为凝聚囊系统总体积的3倍 稀释液浓度要适宜 防粘连成团或溶解 稀释温度为15 最后加交联剂固化 粒径在l0 40 m的占总数的95 以上 平均粒径为20 7 m 36 3 成囊条件 单凝聚法可以用三元相图来寻找成囊系统产生凝聚的组成范围 p400 凝聚系统的组成 明胶溶液的浓度与温度 增加明胶的浓度可加速胶凝 浓度降低到一定程度就不能胶凝 同一浓度时温度愈低愈易胶凝 而高过某温度则不能胶凝 37 浓度愈高的可胶凝的温度上限愈高 如5 明胶溶液在18 以下才胶凝 而15 明胶在23 以下均可胶凝 通常明胶应在37 以上凝聚成凝聚囊 然后在较低温度下粘度增大而胶凝 明胶单凝聚成囊时的温度在40 45 50 55 60 时微囊中药物收率 粒径大小和分布均不相同 38 如50 时收率为63 其中65 以上的微球粒径为5 5 m 而40 和45 时的药物收率分别为74 和95 但粒径为5 5 m的分别只有37 4 和33 而55 和60 时药物收率分别为72 和58 且多数微球的粒径小于2 m 39 药物及凝聚相的性质 单凝聚法在水性介质中成囊 因此要求药物在水中极微溶解 但也不能很疏水 微囊化的难易取决于明胶同药物的亲和力 亲和力强的易被微囊化 如果囊心物的药物易溶于水 只存在于水相而不能混悬于凝聚相中成囊 如药物过分疏水 因凝聚相中含大量的水 药物既不能混悬于水相中 又不能混悬于凝聚相中 也不能成囊 40 如难溶的双炔失碳酯不能成囊 但加入Span20可增大双炔失碳酯的亲水性 即可成囊 凝聚囊的流动性及其与水相间的界面张力 凝聚囊应有一定的流动性 良好的球形 如A型明胶制备微囊时 通常保持溶液的pH在3 2 3 8之间 才能得到好的球形 因为这时明胶分子中有较多的 NH3 离子 可吸附较多的水分子 降低凝聚囊与水间的界面张力 以利囊成球形 pH在10 11不能成囊 因为接近等电点 有大量的粘稠块状物析出 41 交联 欲得到不可逆的微囊 必须加入交联剂 同时还要求微囊的粘连愈少愈好 使用甲醛作交联剂 通过胺醛缩合反应使明胶分子互相交联 交联程度受甲醛浓度 反应时间 介质pH值等因素的影响 交联最佳pH范围是8 9 其反应式如下 R NH2 HCHO NH2 R R NH CH2 NH R H2O pH8 9 42 若药物不宜在碱性环境 可改用戊二醛代替甲醛 在中性介质使明胶交联 戊二醛对明胶的作用可以通过形成Schiff碱的反应 用下式表示 RNH2 OHC CH2 2 CHO H2NR RN CH CH2 3 CH NR 2H2O实际上戊二醛在水溶液中常以聚合物形式存在 如二聚体 多聚体等 多聚体还可形成环状 43 4 影响成囊的因素 用电解质作凝聚剂时 阴离子对胶凝起主要作用 强弱次序为枸橼酸 酒石酸 硫酸 醋酸 氯化物 硝酸 溴化物 碘化物 阳离子电荷数愈高的胶凝作用愈强 例 当用分子量分别为3万 4万 5万及6万的A型明胶 等电点8 5 配成5 溶液 调pH值分别达到2 4 6 8 l0及12时 凝聚剂的种类和pH值 44 各加入一定量药物 在搅拌下分别加入6种不同的凝聚剂 倒入冰水中胶凝 静置 分离 用冷异丙醇洗后 用10 甲醛的异丙醇溶液交联并脱水 再真空干燥 即得含药的粉末状微囊 结果有的能凝聚成囊 有的不能成囊 如甲醇作凝聚剂 分子量 M 3万 5万明胶在pH6 8能凝聚成囊 用乙醇作凝聚剂 M 3万的在pH6 10 4万 5万的在pH6 8 6万的在pH8时 均可成囊 用异丙醇作凝聚剂时 M 3万 5万的在pH4 12 6万的在pH8 12时 均可成囊 45 用叔丁醇作凝聚剂时 M 3万 5万的在pH2 12 6万的在pH6 12时 均可成囊 用二氧六环作凝聚剂时 明胶M 3万 5万的在pH2 12 6万的在pH2或6 12时 均可成囊 而用硫酸钠作凝聚剂 M 3万 6万的明胶 在pH2 12均能凝聚成囊 明胶分子量不同 凝聚剂不同 成囊的pH不同 46 药物吸附明胶的量 药物的性质 当制备活性炭 卡巴醌 磺胺嘧啶的明胶微囊时 药物多带正电荷而具有一定 电位 加入明胶后 因吸附带正电的明胶使药物的 电位值增大 研究发现 电位的增加值反映了被吸附的明胶量 实际是吸附明胶的量要达到一定程度才能包裹成囊 47 增塑剂的影响 为了使制得的明胶微囊具有良好的可塑性 不粘连 分散性好 常须加入增塑剂 如山梨醇 聚乙二醇 丙二醇或甘油等 在单凝聚法制备明胶微囊时加入增塑剂 可减少微囊聚集 降低囊壁厚度 且加入的增塑剂量同释药tl 2之间呈负相关 48 系指使用两种带相反电荷的高分子材料作为复合囊材 在一定条件下交联且与囊心物凝聚成囊的方法 复凝聚法是经典的微囊化方法 它操作简便 容易掌握 适合于难溶性药物的微囊化 可作复合材料的有明胶与阿拉伯胶 海藻酸盐与聚赖氨酸 海藻酸盐与壳聚糖 海藻酸与白蛋白 白蛋白与阿拉伯胶等 2 复凝聚法 complexcoacervation 49 现以明胶与阿拉伯胶为例 说明复凝聚法的基本原理 将溶液pH值调至明胶的等电点以下 如pH4 0 4 5 使之带正电 而阿拉伯胶仍带负电 由于电荷互相吸引交联形成正 负离子的络合物 溶解度降低而凝聚成囊 50 复凝聚法及单凝聚法对固态或液态的难溶性药物均能得到满意的微囊 但药物表面都必须能为囊材凝聚相所润湿 从而使药物混悬或乳化于该凝聚相中 才能随凝聚相分散而成囊 因此过分疏水的药物可适当加入润湿剂 3 溶剂 非溶剂法 solvent nonsolvent 在囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂 非溶剂 引起相分离 而将药物包裹成囊的方法 常用囊材的溶剂 非溶剂见p402 51 药物可以是固体或液体 但必须对溶剂和非溶剂不起反应 使用疏水囊材 要用有机溶剂溶解 疏水的药物可与囊材混合溶解 如药物是亲水的 不溶于有机溶剂 可混悬或乳化在囊材溶液中 再加入争夺有机溶剂的非溶剂 使材料降低溶解度从溶液中分离 过滤 除去有机溶剂即得微囊 52 4 改变温度法 temperaturevariation 无需加凝聚剂 而通过控制温度成囊 乙基纤维素 EC 作囊材时 可先在高温溶解 后降温成囊 如需改善粘连可使用聚异丁烯 PIB 作分散剂 用PIB 平均分子量Mav 3 8 l05 与EC 环己烷组成的三元系统 在80 溶解成均匀溶液 缓慢冷至45 再迅速冷至25 EC可凝聚成囊 53 5 液中干燥法 in liquiddrying 从乳状液中除去分散相挥发性溶剂以制备微囊的方法称为液中干燥法 亦称乳化溶剂挥发法 液中干燥法的干燥工艺包括两个基本过程 溶剂萃取过程 两液相之间 和溶剂蒸发过程 液相和气相之间 按操作 可分为连续干燥法 间歇干燥法和复乳法 前二者应用O W型 W O型及O O型乳状液 复乳法应用W O W型或O W O型复乳 54 它们都要先制备囊材溶液 乳化后囊材溶液处于乳状液中的分散相 与连续相不易混溶 但囊材溶剂对连续相应有一定溶解度 否则 萃取过程无法实现 连续干燥法及间歇干燥法中 如所用的囊材溶剂不能溶解药物 则制得的是微囊 囊材溶剂能溶解药物的得到的是微球 复乳法制得的是微囊 55 连续干燥法制备微囊的基本工艺流程如下 如囊材的溶剂与水不混溶 多用水作连续相 加入亲水性乳化剂 如极性的多元醇 制成O W型乳状液 亦可用高沸点非极性液体如液状石蜡作连续相 制成O O型乳状液 如囊材溶剂能与水混溶 则连续相可用液状石蜡 加入油溶性乳化剂 如Span80或85 制成W O型乳状液 56 根据连续相是水或油 液中干燥法又可进一步分为水中干燥法及油中干燥法 如布洛芬既可采用水中干燥法 亦可采用油中干燥法制备微囊 水中干燥法微囊化的操作 将EC溶于CH2Cl2中 加入布洛芬粉末 在30 水浴中250r min搅拌20min 继续搅拌 加入含表面活性剂的100ml蒸馏水中 水温由30 逐步升高到40 230r min搅拌3h 过滤 用50ml蒸馏水洗涤3次 室温干燥24h 得粉末状微囊 57 油中干燥法微囊化的操作 将EugragitRS溶于丙酮中 加入布洛芬粉末 在l0 水浴中250r min搅拌20min 继续搅拌 加到同一水浴中在190r min搅拌下的液状石蜡200ml中 水浴温度由10 逐步升高到35 在190r min下搅拌4h 过滤 用正己烷洗涤3次 减压干燥 即得粉末状微囊 58 用O W型乳状液的连续干燥法 所得微囊表面常含药物微晶体 但如果采用控制干燥速率的间歇干燥法 可得满意的微囊 方法是 将乳状液中初步形成薄膜的微囊 分散在水中对囊材溶剂起迅速萃取作用 可使微囊表面快速干燥 在分散相与水的界面形成较坚固的囊膜 膜可阻止分散相内的药物向外扩散 药物便不易再在界面析出微晶体 再继续萃取和干燥 得微囊 59 连续干燥法或间歇干燥法如用水作连续相 水溶性药物因易进入水相而降低载药量 如改用被药物饱和的水作连续相 阻止药物进入水中 可提高载药量 取得满意效果 W O W型复乳法的常用工艺流程如下 60 以阿拉伯胶和EC为囊材 以复乳法制备微囊时 可将阿拉伯胶水溶液分散在含EC的乙酸乙酯有机相中形成W O型乳状液 阿拉伯胶与EC在分散相和连续相的界面分别形成两层吸附膜 见示意图 乳状液进一步与阿拉伯胶溶液乳化 形成W O W型复乳 出现新的水 油界面 阿拉伯胶与EC再一次形成两层吸附膜 透析除去内 外EC膜之间的乙酸乙酯有机溶剂 过滤 得内外层是阿拉伯胶膜 中间是EC膜的三层膜的微囊 其粒径在50 m以下 61 用复乳法制备微囊的过程 62 本法是将固态或液态药物在气相中进行微囊化 需要一定设备条件 1 喷雾干燥法 spraydrying 又称液滴喷雾干燥法 可用于固态或液态药物的微囊化 该法是先将囊心物分散在囊材的溶液中 再将此混合物喷入惰性热气流使液滴收缩成球形 进而干燥 可得微囊 如汉防己甲素微囊 粒径范围为2 10 m 二 物理机械法 63 喷雾干燥法溶解囊材的溶剂可以是水 也可以是有机溶剂 影响因素包括混合液的粘度 均匀性 药物及囊材的浓度 喷雾的速率 喷雾方法及干燥速率等 干燥速率由混合液浓度与进出口温度决定 囊心物比例应适宜 以能被囊膜包裹 通常囊膜多孔 故所得微囊产品堆密度较小 如囊心物为液态 通常载药量不超过30 64 将粒径小的囊心物包囊时 囊材溶液中加入抗粘剂制成混悬液 可减少微囊粘连 常用的抗粘剂如聚乙二醇 二氧化硅 滑石及硬脂酸镁等亦可以粉状加在微囊成品中 以减少贮存时的粘连 或在压片或装空心胶囊时改善微囊的流动性 65 将囊心物分散于熔融的囊材中 再喷于冷气流中凝聚而成囊的方法 称为喷雾冻凝法 常用的囊材有蜡类 脂肪酸和脂肪醇等 它们均是在室温为固体 而在较高温度能熔融的囊材 如以盐酸美西律为囊心物 用硬脂酸和EC为复合囊材 以34 31 68 62kPa的压缩空气通过喷雾冻凝法成囊 粒径8 100 m 2 喷雾凝结法 spraycongealing 66 亦称流化床包衣法 fluidizedbedcoating 系利用垂直强气流使囊心物悬浮在包衣室中 囊材溶液通过喷嘴射撒于囊心物表面 使囊心物悬浮的热气流将溶剂挥干 囊心物表面便形成囊材薄膜而得微囊 设备装置基本上与颗粒悬浮包衣装置相同 囊材可以是多聚糖 明胶 树脂 蜡 纤维素衍生物及合成聚合物 3 空气悬浮法 airsuspension 67 在悬浮成囊的过程中 药物虽已微粉化 但在喷雾过程中可能会粘结 因此可加入第三种成分如滑石粉或硬脂酸镁 先与微粉化药物粘结成一个单位 然后再通过空气悬浮法成囊 68 利用离心力使囊心物高速穿过囊材的液态膜 再进入固化浴固化制备微囊的方法称为多孔离心法 它利用圆筒的高速旋转产生离心力 利用导流坝不断溢出囊材溶液形成液态膜 囊心物 液态或固态 高速穿过液态膜形成的微囊 再经过不同方法加以固化 用非溶剂 冻凝或挥去溶剂等 即得微囊 4 多孔离心法 multiorifice centrifugalprocess 69 利用超临界流体的溶解 增强分散能力 可以制备微球 材料的有机溶液 可以含药物 通过超临界流体装置的喷头用超临界CO2流体分散并原子化 有机溶剂溶解于CO2中故被萃取 即形成微球 5 超临界流体法 SPF 70 上述几种物理机械法均可用于生产水溶性和脂溶性的 固态或液态药物的微囊 其中以喷雾干燥法最常用 通常用物理机械法时 囊心物有一定的损失且微囊有粘连 但囊心物损失在5 左右 粘连在10 左右 生产中都认为是可行的 71 利用在溶液中单体或高分子通过聚合反应或缩合反应 产生囊膜而制成微囊 这种微囊化的方法称为化学法 本法的特点是不加凝聚剂 常先制成W O型乳状液 再利用化学反应或用射线辐照交联 主要分为界面缩聚法和辐射交联法两种 三 化学法 72 界面聚合法 在分散相 水相 与连续相 有机相 的界面上发生单体的缩聚反应 例如 水相中含有1 6 己二胺和硼砂 碱 有机相为含对二甲苯酰氯的环己烷 氯仿溶液 将上述两相混合搅拌 在液滴界面上发生缩聚反应 生成聚酰胺 反应式如下 nH2N CH2 6NH2 nClCOC6H4COCl Cl COC6H4CONH CH2 6NH nH 2n 1 HClNa2B4O7 HCl 7H2O 4H3BO3 NaCl NaOH H2O 1 界面缩聚法 interfacepolycondensation 73 由于缩聚反应的速率超过1 6 己二胺向有机相扩散的速率 故反应生成的聚酰胺几乎完全沉积于界面成为囊材 门冬酰胺酶微囊 取门冬酰胺酶及门冬酸溶于人体O型血红蛋白液和pH8 4硼酸盐缓冲溶液中 加1 6 己二胺碱性硼酸钠溶液 置反应瓶中 再加混合试剂 环己烷 氯仿 Span85 置冰浴搅拌 加对苯二甲酰氯 继续搅拌 最后加入混合溶剂再搅拌 显微镜下观察已形成微囊 74 门冬酰胺酶界面缩聚微囊化示意图 75 利用60Co产生 射线的能量 使聚合物 明胶或PVA 交联固化 形成微囊 该法工艺简单 但一般仅适用于水溶性药物 并需有辐射条件 以二步法制备门冬酰胺酶明胶微囊为例 其工艺流程如下 2 辐射交联法 chemicalradiation 76 5 明胶溶液 液体石蜡 含乳化剂硬脂酸钙 稳定的W O型乳状液无氧乳状液 混悬液 明胶胶囊 白色粉末状微囊 粉末状们冬酰胺酶微囊 77 门冬酰胺是人体细胞的必需品 正常细胞能自身合成 而癌细胞则须靠宿主提供 用门冬酰胺酶将门冬酰胺水解 则癌细胞失去赖以生长的门冬酰胺而死亡 门冬酰胺酶常用于治疗急性淋巴细胞白血病 但酶类属于异性蛋白 可引起过敏反应 长期注射可产生抗体而失活 将其制备成微囊可以避免过敏反应和失活 78 微球 microspheres 系药物与高分子材料制成的球形或类球形骨架实体 药物溶解或分散于实体中 其大小因使用目的而异 通常微球的粒径范围为1 250 m 微球是80年代末发展起来的新型给药载体 国内外已进行了大量的研究工作 目前产品有肌肉注射的丙氨瑞林微球 植入的黄体酮微球 口服的阿昔洛韦微球 布洛芬微球等 四 微球的制备 79 药物制成微球后可具有以下主要特点 缓慢释放延长药效 保护多肽蛋白类药物避免酶的破坏 控制微球粒径 吸入给药可降低剂量提高疗效 或静注给药被肺毛细血管机械截留 使药物浓集于肺 降低全身毒副作用 可直接注射于癌变部位或动脉栓塞部位提高疗效 亦可利用磁性达到定位释放等 80 常用的材料通常制备微囊的囊材均可用于制备微球 其中较常用的天然高分子材料有明胶 白蛋白 淀粉等 合成与半合成的材料有聚酯类 聚乳酸 丙交酯乙交酯共聚物 聚3 羟基丁酸酯等 聚丙烯酸树脂类 聚酰胺 聚乙烯醇 乙基纤维素 纤维醋法酯 CAP 等 这些聚合物都表现出一定的降解 溶蚀的特性 降解是聚合物断键 分子量减小直至成为单体 溶蚀是指分解的小分子脱离聚合物 81 药物在微球中的分散状态药物在微球中的分散状态通常有三种情况 溶解在微球内 以结晶状态镶嵌在微球内 药物被吸附或镶嵌在微球表面 药物在微球中的分散状态可直接影响微球的形态 载药量 以及体内外的释药速率和疗效 如药物镶嵌于表层 包裹不完全或表面吸附 便产生突释效应 微球无法将突释的药物带到身体的合适部位 因而会降低疗效 82 成球技术微球的成球技术与微型包囊技术有相似之处 根据材料和药物的性质不同可以采用不同的成球技术 现将近年来国内外较常用的成球技术介绍如下 一 明胶微球乳化交联法本法可以含药物和天然高分子材料 如明胶 白蛋白 壳聚糖 的水相 与含乳化剂的油相搅拌乳化 形成稳定的W O型或O W型乳状液 加入化学交联剂 发生胺醛缩 83 合或醇醛缩合反应 白蛋白亦可加热变性交联 可得粉末状微球 其粒径通常在1 100 m范围内 以卡铂肺靶向明胶微球 5 28 6 m 为例说明以胺醛缩合反应为基础的交联法 其工艺流程如下 84 二 白蛋白微球液中干燥法或喷雾干燥法白蛋白微球的液中干燥法以加热交联 100 180 代替化学交联 白蛋白微球的喷雾干燥法 喷雾干燥所得的微球在进行热变性处理 有缓释性 热变性温度为120 汉防己甲素 牛血清白蛋白微球 肺靶向 7 42 m 85 三 淀粉微球乳化聚合法亚甲蓝同碱性淀粉共同混悬在甲苯 氯仿或液体石蜡的油相 以Span60为乳化剂 形成W O型乳状液 升温至50 55 加入交联剂环氧丙烷适量 反应数小时 去除油相 乙醇 丙酮洗涤干燥 得蓝色粉末球状微球 2 50 m 86 四 聚酯类微球液中干燥法药物同聚酯的有机相 加至乳化剂的水相中搅拌乳化 形成稳定的W O型乳状液 加水萃取 同时加热 挥发除去有机溶剂 即得微球 87 五 磁性微球磁流体的制备 共沉淀法含药磁性微球的制备 取一定量明胶溶液与磁流体混匀 滴加含Span85的液体石蜡 经乳化 甲醛交联 用异丙醇洗掉甲醛 过滤 有机溶剂洗去液体石蜡 真空干燥 60Co灭菌 得微球 浸吸药物溶液 得含药微球 88 理想的微囊微球应为大小均匀的球形或类球形 囊 球 与囊 球 之间不粘连 分散性好 便于制成制剂 粒径对生物利用度 药物的释放 载药量 以及体内分布的靶向性等也均有影响 影响粒径的因素有 五 影响微囊 微球粒径的因素 7点 89 1 囊心物的大小 药物的粒径 通常如要求微囊的粒径约为l0 m时 囊心物粒径应达到l 2 m 要求微囊的粒径约为50 m时 囊心物粒径应在6 m以下 对不溶于水的液态药物 用相分离法制备微囊时 可先乳化再微囊化 可得小的均匀微囊 2 囊材的用量一般药物粒子愈小 其表面积愈大 要制成囊壁厚度相同的微囊 所需囊材愈多 在囊心粒径相同的条件下 囊材用量愈多微囊粒径愈大 90 3 制备方法制备方法影响微囊的粒径 相分离法制成微囊粒径可小到2 m 而用空气悬浮法制成微囊粒径一般大于35 m 4 制备温度一般温度不同时制得的微囊的收率 大小及其粒度分布均不同 例如单凝聚法制备明胶微囊 40 45 50 55 和60 时收率分别为74 95 68 72 和58 前三者粒径大于5 5 m的微囊分别占34 7 33 0 和65 0 后二者粒径较小 小于2 0 m的占大多数 91 5 制备时的搅拌速率在一定程度下高速搅拌 微囊粒径小 低速搅拌粒径大 但无限制地提高搅拌速率 微囊可能因碰撞合并而粒径变大 此外 搅拌速率又取决于工艺的需要 如明胶为囊材时 以相分离法制备微囊的搅拌速率不宜太高 所得微囊粒径约为50 80 m 高速搅拌产生大量气泡会降低微囊的产量和质量 92 例如采用界面缩聚法且搅拌速率一致 但分别加入浓度为0 5 与5 的Span85 前者可得小于100 m的微囊 而后者则得小于20 m的微囊 又如用丙交酯乙交酯共聚物 重量比78 22 为囊材 制备醋炔诺酮肟微囊时 加入乳化剂明胶的浓度不同则平均粒径不同 1 明胶得70 98 m 2 明胶得79 81 m 3 明胶得59 86 m 4 明胶得46 77 m 6 附加剂的浓度 7 囊材相的粘度黏度大 粒径大 93 药物微囊化后 一般要求药物能定时定量地从微囊中释放 达到预定要求 了解微囊中药物释放的机制 释药速率的规律及影响释药速率的因素很有必要 六 微囊与微球中药物的释放及体内转运 94 一 微囊中药物释放的速率与机制 95 微囊中药物释放的机制通常有以下三种 1 透过囊壁扩散药物经体液溶解再透过囊壁扩散 这是物理过程 这时囊壁不溶解 也有人提出药物释放首先是已溶解或粘附在囊壁表面的少量药物发生短暂的快速释放 称为突释效应 bursteffect 然后才是扩散 96 例如氯贝丁酯微囊 当囊壁较厚时 药物的释放可以分为4个阶段 初期的突释 来自微囊表面的药物 慢速释放 来自逐渐溶解的药物扩散透过囊壁 较快速的稳态扩散释放 来自药物饱和溶液 维持时间最长 最后较缓慢的释放 来自药物的残留不饱和溶液 这时已不足以维持所需的浓度梯度 97 2 囊壁或骨架的溶解囊壁溶解属于物理化学过程 其速率主要取决于囊材的性质 体液的体积 组成 pH值以及温度等 但不包括酶的作用 除囊壁溶解外 应注意囊壁因外力 摩擦等而引起的裂缝和破裂 也会加速药物释放 98 3 囊壁或骨架的消化降解这是在酶作用下的生化过程 当微囊进入体内后 囊壁可受胃蛋白酶或其它酶的消化降解成为体内的代谢产物 其第一阶段可以仅表现为囊壁材料分子量变小 而微囊的外形无变化 囊材仍保持不溶性 进一步的降解使囊材开始溶解 微囊的外形也开始变化 这两个阶段都可以提高药物释放的速率 99 例如PLGA 50 50 共聚物为囊材的醋酸那法瑞林 nafarelinacetate 微囊在体内释放情况 其释放机制分三个阶段 图18 26 第一阶段A为最初的突释效应 第二阶段B是聚合物水解并同时分子量减小 但仍保持其不溶性 第三阶段C是低分子碎片的溶解和聚合物主体的溶蚀使药物释放 后两个阶段虽表现为囊壁的降解 消化与溶解 但药物仍须经过溶解与扩散而表现不同的释放速率 因此不能将其全过程用一根虚线表示为零级释放 100 醋酸那法瑞林的PLGA微囊的体内释放曲线 101 1 微囊药物的释放速率微囊中药物的释放 根据药物与囊材性质的不同 可用零级释放规律 一级释放规律或Higuchi释放规律描述 如用t时间的累积释药率Mt M 表示 零级释放规律为Mt M kt式中 Mt t时间的累积释放量 M 时累积释放量 k 释药速度常数 二 药物释放速率及其影响因素 102 一级释放规律为 1n 1 Mt M ktHiguchi释放规律为 Mt M kt1 2 103 影响释放速率的因素包括 1 药物的性质及粒径药物在介质中的溶解度愈小 释放愈慢 囊壁相同时 微囊的粒径愈小 释放愈快 因释放的总面积增大有利于释放 如磺胺嘧啶乙基纤维素由喷雾干燥得的微囊平均粒径116 82 69 04 42 62 38 95 m 其累积释放速率随平均粒径减小而增高 2 影响药物释放速率的因素 104 磺胺嘧啶喷雾干燥微囊释放曲线 33 95 m 42 62 m 69 04 m 116 82 m 105 2 囊壁相同时 囊膜或骨架的厚度愈大释放愈慢 3 载体材料的物理化学性质 不同的囊材形成的囊壁具有不同的孔隙率和降解性能 多孔性特性常数 较小或难于降解的囊材 形成的微囊释药较慢 同种囊材也会因制备方法或工艺的不同而有差异 在相近条件下 常用的几种囊材形成的囊壁释药速率次序如下 明胶 乙基纤维素 苯乙烯 马来酐共聚物 聚酰胺 106 如在囊材中加入疏水性附加剂 如硬脂酸 蜂蜡 十六醇以及巴西棕榈蜡等 可降低释药速率 因它们在成囊后充填乙基纤维素囊壁起增塑作用 阻塞膜孔使膜致密 如磺胺嘧啶乙基纤维素微囊采用不同量的硬脂酸 随着后者含量增加 药物体外释放速率降低 107 4 工艺条件与剂型 如将对乙酰氨基酚以醋酸纤维素丁酸酯为囊材 采用不同的制备工艺 所得的微囊在8h内释药量结果见下表 说明三种微囊虽大小差不多 但用一般液中干燥法制成的微囊 其8h内释药量显著低于另外两种乳化条件的微囊 108 109 不仅整个工艺影响释药 干燥条件不同 释药速率也不相同 例如冰冻干燥或喷雾干燥的微囊 其释药速率比烘箱干燥的微囊要大些 干燥程度较大的释药较慢 因为干燥的微囊要先经过吸水溶胀才能有效地释药 110 5 释放介质的pH值和离子强度 释放介质的pH值通常会影响囊壁的溶解或降解速率 因而都会影响释放速率 介质的离子强度也有影响 如将荧光素尼龙微囊50mg混悬在4LpH7 4 离子强度分别为0 8 1 0 1 2的磷酸盐缓冲溶液中 其1h体外释药结果分别为38 78 64 35 71 99 111 三 微囊与微球的体内转运 口服微囊及微球在胃肠道内的转运受多种因素影响 进食情况 胃周期运动 粒径大小等 生物黏附系统 112 微囊微球的质量评定是保证药物发挥应有作用的重要一环 中国药典2005年版二部附录载有微囊微球的指导原则 但如何圆满地评定微囊的质量也还需要进行深入的研究工作 目前微囊微球质量评定 除制成制剂的本身要求应符合药典有关制剂规定外 大致包括下述内容 七 微囊微球质量的评定 113 形态与粒径及粒度分布微囊可采用光学显微镜 扫描或透射电子显微镜观察形态并提供照片 微囊形态应为圆整球形或类球形的封闭囊状物 微球应为圆整球形或类球形的实体 不同微囊制剂对微囊粒径有不同的要求 注射剂的微囊粒径应符合药典中混悬注射剂的规定 用于静脉注射起靶向作用时 应符合静脉注射的规定 应提供粒径平均值及其分布数据或图形 如直方图或分布曲线图 114 微囊粒径的测定有多种方法 常用校正过的带目镜测微计的光学显微镜测定 取试样置载玻片上 必要时用甘油或液状石蜡稀释 1 2 直接观测至少500个微囊 并将微囊粒径范围划分为若干单元 如5 l0 l0 15 15 20 m等 可求算术平均径Dav 和各单元的重量百分率 粒径分布可用跨距 Span 表示 跨距愈小分布愈窄 即微囊愈均匀 115 跨距 D90 D10 D50式中D10 D50 D90为粒径值 分别表示在粒径的累积分布图上10 50 90 所对应微囊的粒径 亦可用电感应法 如Coulter计数器 或光感应法 如粒度分布光度测定仪 测定微囊的粒径及其分布 粒径分布可用多分散指数表示 116 2 微囊的载药量与包封率微囊所含药物的重量百分率称为载药量 drug loadingrate 一般采用溶剂提取法测定药量 溶剂的选择原则 应使药物最大限度溶出而最少溶解囊材 溶剂本身也不应干扰测定 载药量可由下式求得 微囊的载药量 微囊 球 的总重量 微囊 球 内的药量 100 117 对处于液态介质中的微囊 可用过滤 凝胶柱色谱法 离心法或透析法分离微囊后进行测定 由下式计算包封率 entrapmentrate 包封率 微囊内的药量占投药量的百分率称为微囊中药物的收率 即药物的包封产率 微囊重占投药量和投材料量总重的百分率称为微囊的收率 这两种收率对评价微囊的质量意义不大 但可用于评价工艺 系统中的总药量 液体介质中未包封的药量 系统中的总药量 100 118 微囊中药物收率和载药量高低取决于采用的工艺 喷雾干燥法和空气悬浮法可得微囊中药物收率95 以上的微囊 但是用相分离法制得的微囊 微囊中药物收率常为20 80 3 药物的释放速率为了掌握微囊中药物的释放规律 释放时间及奏效部位 必须对微囊进行释药速率的测定 根据微囊的特点 可采用相应的中国药典2005年版二部附录XD释放度测定法测定 4 药物含量 有机溶剂残留5 制成制剂后 符合制剂的质量要求 119 第五节纳米粒与亚微粒的制备技术一 概述纳米粒 nanoparticles 是由高分子物质组成 粒径在10 100nm范围 物质可以溶解 包裹于其中或吸附在表面上 纳米粒可分为骨架实体型的纳米球 nanospheres 和膜壳药库型的纳米囊 nanocapsules 粒径在100 1000nm范围 称为亚微粒 亚微粒又分为亚微囊和亚微球 亚微粒和纳米粒 进一步制成各种制剂 如注射液 注射用粉针剂 胶囊剂 透皮贴剂 混悬剂等 120 上世纪70年代 Narty等人首先将纳米粒作为药物载体 30多年来纳米粒在药剂学领域得到广泛的推广 在药剂学中 纳米粒 亚微粒作为药物载体多年 已显示具有特殊的医疗价值 当药物达到血液系统时 经典的药物剂型 如片剂 软膏 注射剂 不能调整药物在体内的行为 分布和消除 药物是根据其化学结构决定其物理性质和化学性质 从而影响其生物特性 组织和血浆蛋白亲和性 膜受体亲和力 对酶生物转化的敏感性 121 而药物与纳米粒载体结合后 可隐藏药物的理化特性 因此其分布过程转而依赖于载体的理化特性 纳米粒 亚微粒对肝 脾或骨髓等部位有靶向性 这种对网状内皮系统的靶向性又可经过一些特殊的包衣 或结合直径为10 20nm顺磁性四氧化三铁颗粒 而具有特殊的靶向作用 122 这些方法已成功应用于 癌症治疗 提高药效 纳米粒直径小于100nm 能够达到肝薄壁细胞组织 能从肿瘤有隙漏的内皮组织血管中逸出而滞留在肿瘤内 肿瘤的血管壁对纳米粒有生物粘附性 提高抗生素和抗真菌抗病毒药治疗细胞内细菌感染的功效 123 作为口服制剂 纳米粒载体可防止多肽 疫苗类和一些药物在消化道的失活 提高生物利用度 可提高药物口服稳定性 如纳米粒作载体可使胰岛素不受蛋白水解酶的影响 该纳米粒灌服可使糖尿病大鼠产生明显的低血糖 禁食者服50U kg 不禁食者服100U kg 各可维持低血糖20 26天 作为粘膜给药的载体 延长作用时间 124 二 纳米粒与亚微粒的制备方法 一 天然高分子凝聚法天然高分子材料可由于化学交联 加热变性或盐析脱水而凝聚成纳米粒 基本流程如下 125 1 白蛋白纳米球 基本工艺由Scheffel等 1972 提出 步骤是 200 500g L的白蛋白与药物 或同时还有磁性粒子做成磁性纳米球 溶于或分散入水中作水相 在40 80倍体积的油相中搅拌或超声乳化得W O型乳状液 将此乳状液快速滴加到热油 100 180 中并保持10min 白蛋白变性形成含有水溶性药物 或还有磁性粒子 的纳米球 再搅拌并冷至室温 加醚分离纳米球 于3000 g离心 再用醚洗涤 即得 126 所制得的白蛋白纳米球的粒径及其分布 基本上不受白蛋白浓度 乳化时间 超声波的强度 水 油两相体积比等因素的影响 油相不同略有影响 如油相用液状石蜡或棉籽油 得纳米球平均粒径分别为820nm或560nm 可见其差异不太大 但粒径受乳状液加入热油时操作的影响 快速滴加时粒径较小 反之则粒径大且分布很宽 127 2 明胶纳米球 明胶作材料时 可胶凝后化学交联 如将W O型乳状液中的明胶乳滴冷却至胶凝点以下用甲醛交联固化 可用于对热敏感的药物 如将300g L的明胶溶液3m1 含有1 8mg丝裂霉素 在3m1芝麻油中乳化 将形成的乳状液在冰浴中冷却 使明胶乳滴完全胶凝 再用丙酮稀释 用50nm孔径的滤膜滤过 弃去粒径较大的 128 用丙酮洗去纳米球 50nm 上的油 加10 甲醛的丙酮溶液30m1使纳米球交联10min 丙酮洗 干燥 即得粒径范围100 600nm 平均粒径280nm的单个球形纳米球 其粒径变大 可能在交联过程中由小纳米球聚集而成 129 3 壳聚糖纳米球壳聚糖 chitosan 是甲壳素经脱N 乙酚基的衍生物 有一定疏水性 生物相容性好 可生物降解 是目前有发展前途的多糖类天然高分子材料 可用凝聚法制备纳米粒或亚微粒 壳聚糖分子中合一NH2 在酸性条件下带正电荷 用负电荷丰富的离子胶联剂 如三聚磷酸钠 使凝聚成带负电荷的纳米粒 搅拌下浸吸米托蒽醌 MTO 带正电荷 溶液 即得MTO纳米粒 在优选条件下得包封率为 97 57 平均粒径及多分散指数分别为75nm和0 1779 130 二 乳化聚合法以水作连续相的乳化聚合法是目前制备纳米粒最主要方法之一 将单体分散于水相乳化剂中的胶束内或乳滴中 可避免使用有机溶剂 单体遇OH 或其它引发剂分子或经高能辐射发生聚合 单体快速扩散使聚合物链进一步增长 胶束及乳滴作为提供单体的仓库 而乳化剂对相分离以后的纳米粒也起防止聚集的稳定作用 有的系统也可进行无乳化剂聚合 在聚合反应终止前后 经相分离形成固态 131 1 聚氰基丙烯酸烷酯纳米粒 聚氰基丙烯酸烷酯 polyalkylcyano acrylate 简称PACA 纳米粒极易生物降解 在体内几天即可消除 聚氰基丙烯酸烷酯的降解速率基本上随烷基碳原子数的增加而降低 在甲 乙 丁 异丁和己酯中 以丁酯降解最慢 体内耐受性好 经用14C 聚氰基丙烯酸烷酯试验表明 降解产物为水溶性聚氰基丙烯酸 它不贮藏于组织内 而从尿中排泄 132 聚合反应在室温下 以水中OH 离子作引发剂 故pH值对聚合反应速率影响较大 碱性溶液时反应快 反应式如下 133 聚合物仅形成膜得纳米囊 如形成聚合物实体 即是纳米球 通常制得的聚合物平均分子量低 其纳米粒也软而易于粘连 故稳定剂的应用特别重要 溶液的pH值及单体浓度是影响粒径的重