星点设计—效应面法优化醋酸地塞米松果胶微丸处方

山西医科大学药学院本科毕业论文1星点设计效应面法优化醋酸地塞米松果胶微丸处方学生姓名李泰霖指导教师梁桂贤摘要目的优化醋酸地塞米松果胶凝胶微丸处方工艺。方法以醋酸地塞米松为模型药物，果胶为载体材料，醋酸锌溶液为胶凝剂，采用滴制法制备醋酸地塞米松果胶结肠释药凝胶微丸；用紫外分光光度法测定微丸的载药量；用转篮法和透析袋法考察微丸在模拟胃肠液介质中的药物累积释放度，并对其释放情况进行数字化模拟；用DESIREEXPERT软件对处方优化。结果多元线性模型是描述指标与因素之间定量关系的最好模型。按照最优处方制备的微丸其载药量、释放度真实值与理论值偏差最小，模型具有良好的预测性。结论采用星点设计效应面法优化醋酸地塞米松果胶微丸的制备工艺处方能实现多指标的同时优化，所建立的模型具有较好的预测能力和实用性，可以很好地应用于处方筛选。关键词醋酸地塞米松；星点设计效应面优化法；结肠释药；微丸CENTRALCOMPOSITEDESIGNDEXAMETHASONEACETATECOLONICDELIVERY山西医科大学药学院本科毕业论文2FORMULATIONOPTIMIZATIONABSTRACTOBJECTIVETOOPTIMIZEFORMULATIONANDPROCESSOFDEXAMETHASONEPECTINGELPELLETSMETHODSTOACETICACIDDEXAMETHASONEFORMODELDRUGS,PECTINFORCARRIERMATERIAL,ZINCACETATEFORGELLINGAGENT,PREPAREDACETICACIDDEXAMETHASONECOLONDRUGDELIVERINGPELLETSBYDROPPINGTODETERMINATEPELLETSLDRUGLOADINGBYUVSPECTROPHOTOMETRICTOINVESTIGATECUMULATEDRELEASERATEINSIMULATEDGASTROINTESTINALFLUIDMEDIABYROTATINGBASKETANDDIALYSISBAGMETHODFORMULATIONOPTIMIZATIONOFDESIREEXPERTSOFTWARERESULTSTHEMULTIVARIATELINEARMODELISTHEBESTMODELTODESCRIBETHEQUANTITATIVERELATIONSHIPBETWEENTHEINDICATORSANDFACTORSPREPARATIONOFPELLETSINACCORDANCEWITHTHEOPTIMALPRESCRIPTIONDRUGLOADING,THERELEASEOFTHEDEGREEOFREALVALUEANDTHEMINIMUMTHEORETICALVALUEOFDEVIATION,THEMODELHASGOODPREDICTABILITYCONCLUSIONOPTIMIZATIONOFTHEPRESCRIPTIONOFDEXAMETHASONEACETATEPECTINPELLETSBYCENTRALCOMPOSITEDESIGNRESPONSESURFACEMETHODOLOGYCANACHIEVEMULTIPLEINDICATORSOPTIMIZATIONTHEMODELHASGOODPREDICTIVEABILITYANDCANBEWELLAPPLIEDTOPRESCRIPTIONSCREENINGKEYWORDSDEXAMETHASONEACETATE；CENTRALCOMPOSITEDESIGNRESPONSESURFACEMETHODOLOGY；COLONICDRUGDELIVERY；PELLETS山西医科大学药学院本科毕业论文3星点设计效应面法优化醋酸地塞米松果胶微丸处方1引言口服结肠定位释药系统（ORALCOLONSPECIFICDRUGDELIVERYSYSTEM,OCDDS）可以保护药物在胃、十二指肠、小肠中不释放，达到结肠部位后迅速释药，发挥局部或经吸收后发挥全身治疗的作用，从而最大限度的提高药物的疗效，减小毒副反应的发生。近年来，菌群触发型结肠定位释药系统由于具有良好的结肠释药特异性而颇受国外研究者的关注。果胶无毒、生物可降解、来源广泛、成本低在医药领域的应用日益广泛，特别是在缓控释制剂领域。然而，果胶在水中具有一定的溶解度，其控释作用通常不理想，通过锌离子与果胶的游离羧基之间的相互作用形成的凝胶的水溶性大大降低，但仍保持对结肠菌群酶的敏感性。地塞米松（DEXAMETHASONE）为肾上腺皮质激素，有强抗炎作用，制备成结肠释药系统用于治疗溃疡性结肠炎，结肠释药可以增加药物在病灶部位的药浓，并降低全身性副作用。本实验以果胶为载体材料，乙基纤维素为阻滞剂，锌盐为交联剂，醋酸地塞米松为模型药物，制备醋酸地塞米松果胶凝胶微丸，以星点设计一效应面法优选出释放效果理想的结肠释药处方，并检验模型的预测性。2材料与仪器21材料醋酸地塞米松（武汉远城科技有限公司研发部）；果胶（大同市维敏制药有限公司）；乙酸锌（分析纯，天津市光复精细化工研究所）；乙基纤维素SURELEASE（E71904型，COLORCON公司）；氢氧化钠、盐酸、磷酸二氢钠、十二烷基硫酸钠SDS（分析纯，北京中联化工试剂厂）；透析袋（MD25，SOLARBIO公司）22仪器TU1901双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；数显恒温水浴锅（HH2型，国华）；电热恒温鼓风干燥箱（101型，北京科伟永兴仪器有限公司）；电子天平（型号先行者，奥豪斯仪器（上海）有限公司）；RCZIA型溶出仪（上海黄海药检仪器有限公司）；5ML无菌注射器（山东威高集团医用高分子只凭股份有限公司）；调速多用振荡器（HY4，国华）3实验方法31醋酸地塞米松果胶凝胶微丸的制备按照模拟的处方配制适宜浓度果胶溶液，将处方量的药物均匀分散在果胶溶液中，制得药胶分散体。用5ML注射器（带针头）将药胶分散体滴入胶凝剂醋酸锌溶液中，胶凝固化30MIN，蒸馏水洗。烘箱中50干燥2H，即得醋酸地塞米松果胶凝胶微丸。山西医科大学药学院本科毕业论文432药物分析方法的建立321波长的选择分别用PH为1的盐酸溶液（含01SDS）和PH为68的磷酸盐缓冲液（含01SDS）配制15G/ML醋酸地塞米松溶液在400NM200NM处进行紫外扫描，选择最大吸收波长作为测定波长。实验结果表明，醋酸地塞米松的在242NM处有最大吸收峰。图1PH10盐酸溶液醋酸地塞米松紫外吸收图谱图2PH68磷酸盐缓冲液醋酸地塞米松紫外吸收图谱山西医科大学药学院本科毕业论文5将空白微丸研磨成粉末，精密称取75MG分别溶于PH为1的盐酸溶液（含01SDS）和PH为68的磷酸盐缓冲液（含01SDS），于50ML容量瓶中定容，在摇床上振摇2H，将溶液过04M的微孔滤膜，精取续滤液5ML至10ML容量瓶定容，在400NM200NM处紫外扫描，考察辅料对醋酸地塞米松含量测定的影响。图3PH1介质中空白微丸紫外吸收图谱图4PH68介质中空白微丸紫外吸收图谱由图谱可知，辅料对醋酸地塞米松在242NM处的测定有影响，为消除辅料的影响决定利用透析袋测量微丸的载药量。将空白微丸研磨成粉末，精密称取75MG，装入处理后的透析袋中，绑好放入已用PH山西医科大学药学院本科毕业论文6为10的盐酸溶液（含01SDS）定容的50ML容量瓶中，在摇床上振摇10H，取微孔滤膜续滤液5ML至10ML容量瓶定容，在400NM190NM处紫外扫描。图5PH1的介质中辅料透析液紫外吸收图谱图谱显示在242NM处吸光度为0054，对醋酸地塞米松含量测定的影响有限。所以，醋酸地塞米松微丸的载药量的测定以及释放度的测定都要利用透析袋消除辅料的影响。322工作曲线的制备精密称取醋酸地塞米松3MG，分别溶于PH10的盐酸溶液（含01SDS）、PH68的磷酸盐缓冲溶液（含01SDS）于100ML容量瓶中以相应的介质定容，精密量取167ML,333ML,500ML,667ML,833ML,1000ML于10ML容量瓶中定容，分别以各自缓冲液为空白在242NM处测定吸光度。将浓度（C）对吸光度（A）作线性回归,得回归方程Y00242X00373（PH68），Y00276X00058（PH1），线性范围为530G/ML。图6PH1盐酸介质（含01SDS）中醋酸地塞米松标准曲线山西医科大学药学院本科毕业论文7图7PH68磷酸盐缓冲液（含01SDS）地塞米松标准曲线33载药量的测定将醋酸地塞米松微丸研磨成粉末，精密称取75MG，装入处理后的透析袋，绑好放入已用PH为1的盐酸溶液（含01SDS）定容的50ML容量瓶中，在摇床上振摇10H，取微孔滤膜续滤液在242NM波长处测定吸光度，计算载药量载药量测得药物的含量/球晶粉末的重量10034释放度的测定341载药微丸在模拟人工胃液、小肠液和结肠液中8H药物累积释放度测定分别取PH10的盐酸溶液、PH68的磷酸盐缓冲液和PH50的磷酸盐缓冲液（含果胶酶）（由于醋酸地塞米松的溶解度很小，为保证漏槽条件，缓冲液中分别加入01SDS）各250ML于释放杯中预热至3705。将待测载药微丸075G放入处理过的透析袋中，绑牢封口，放入转篮中，转速为100R/MIN，分别在1H，2H，3H，4H，5H，6H，7H，8H时取样，每次取样50ML同时补加相同体积相同温度的相应介质，过04M微孔滤膜，精密量取续滤液4ML定容至10ML，在242NM处测定吸光度。35单因素考察351果胶浓度的影响实验结果显示，果胶浓度影响微丸成形，当乙酸锌浓度为10时，果胶浓度为5时成形性良好，果胶浓度过低或者过高时都不利微丸成形；果胶浓度一定范围内的提高助于成形，但是随着果胶浓度的升高，果胶溶液的粘稠度上升，滴制出的微丸开始出现拖尾现象，不利于成形。352乙基纤维素与果胶的比例的影响实验结果显示，微丸处方组成和比例影响微丸成形。乙基纤维素占总重比例较低时（占果胶的重量为4、5、10），乙基纤维素的量不影响微丸的成形；当含乙基纤维素达20，果胶比例变小从而影响到微丸的成形，乙基纤维素果胶11时微丸的滴制出现拖尾。353乙酸锌浓度对微丸成形的影响实验结果显示，当果胶浓度为25时，随着乙酸锌浓度的提高微丸的成形性变好，且不必依赖表面活性剂。山西医科大学药学院本科毕业论文8故多因素变量范围为果胶浓度27（W/V），乙酸锌浓度515（W/V），乙基纤维素所占比例205036处方设计大量预实验，尤其是单因素考察结果表明果胶浓度、乙酸锌浓度、乙基纤维素所占比例影响较大。按照星点设计效应面优化的原理设计了三因素三水平的实验。将效应与因素进行模型拟合，并根据所建立的数学模型描绘三维效应面，从效应面的较优区域即可直接读取优化处方范围。具体因素和水平见表1，实验方案安排见表2。表1设计因素水平表因素水平101A果胶浓度（G/ML）0020045007B乙酸锌浓度G/ML00501015C乙基纤维素所占比例0203505表2实验设计表山西医科大学药学院本科毕业论文9组别A果胶浓度（G/ML）B乙酸锌浓度G/MLC乙基纤维素所占比例1004500505020020010020300450150204004501003550020015035600700100207007001005080045010035900200050351000200100501100450150501200450100351300450100351400700150351500700050351600450050201700450100354实验结果山西医科大学药学院本科毕业论文1041模型拟合表3星点优化设计及累积释放度单位组别PH10X1PH68X2PH50（加酶）X3释放度转换值Y214307791822771862046225415453793237678331166136308752424815223192320964705272516220817797206029571863683978211755659852863843264391542327633,6619715791921369168680501682819869718815952261546979488652411843183206341441052947158095314319340196113781642271471608521261512531942487213133646314431347427414603429128190711432263931744210680409607151447663931951728530862916318518175659301446157951735865913359912869905529X1为PH10盐酸溶液中累积释放度，X2为PH68磷酸盐缓冲液中累积释放度，X3为PH50磷酸盐缓冲液（含果胶酶）中累积释放度山西医科大学药学院本科毕业论文11表4星点优化设计及结果组别A果胶浓度（G/ML）B乙酸锌浓度（G/ML）C乙基纤维素所占比例Y1载药量Y2累积释放度转换值100500505000740020462002001501000130202351300061800116630050011250150001020289681800055800320944615E0501000103543177260006180006035001950101500010354207372000572009853600666710100003020292107500056800366270070100000105053492940007170005028004643280099980354574158000974015469900195020050003035419564200048500341410001973815801050491749200057700402011004999501500020505318359000621001262120049253030099997035454599600065700314413004923636401000040354623451000500190714007001076901500050354721155000619000961150068937879005000103547613980010390008631600500502029332060005620015791700501000030354595282000546000553其中A为果胶浓度，B为乙酸锌浓度，C为乙基纤维素所占比例，Y1为载药量，Y2为累积释放度转换值Y2（1X1）（1X2）X3通过DESIREEXPERT软件输出最优多元线性方程Y1715878E0040042135A0046404B0018601C094938AB012089AC0038047BC047499A2205225E003B20025074C2Y2028867493548A159057B090699C1320132AB349394AC075290BC3366310A2252983B2095608C242效应面优化山西医科大学药学院本科毕业论文12421载药量三维效应面及等高线图图9乙酸锌浓度、果胶浓度与载药量三维效应面图图10果胶浓度、乙基纤维素所占比例与载药量三维效应面图山西医科大学药学院本科毕业论文13图11乙酸锌浓度、乙基纤维素所占比例与载药量三维效应面图图12果胶浓度、乙酸锌浓度与载药量的等高线山西医科大学药学院本科毕业论文14图13果胶浓度、乙基纤维素比例与载药量的等高线图14乙酸锌浓度、乙基纤维素比例与载药量的等高线422累积释放度三维效应面及等高线图山西医科大学药学院本科毕业论文15图15乙酸锌浓度、果胶浓度与累积释放度的三维效应图图16果胶浓度、乙基纤维素比例与累积释放度的三维效应面山西医科大学药学院本科毕业论文16图17乙基纤维素比例、乙酸锌浓度与累积释放度的三维效应面图18果胶浓度、乙酸锌浓度与累积释放度的等高线山西医科大学药学院本科毕业论文17图19果胶浓度、乙基纤维素比例与累积释放度的等高线图20乙酸锌浓度、乙基纤维素比例与累积释放度的等高线如上图中三维效应面图和二维等高线图可以看出果胶浓度在002007G/ML，随着果胶浓度的增大，载药量增加，累积释放度有最大值；乙酸锌浓度在005015G/ML，随着乙山西医科大学药学院本科毕业论文18酸锌浓度的增加，载药量增加不显著，累积释放度降低；乙基纤维素所占比例在0205之间，随着比例的增大，载药量显著增加，累积释放度有最大值。综合考虑三个因素所得最优处方为果胶浓度为0050G/ML，乙酸锌浓度为0134G/ML，乙基纤维素比例为0423。43优化处方的验证以果胶浓度为0050G/ML，乙酸锌浓度为0134G/ML，乙基纤维素比例为0423，按此工艺制备3批样品，进行载药量和进行释放度测定。载药量预测值与实际值比较见表4，释放度预测值与实际值比较见表5。表5预测值与实际值比较批次预测值实际值偏差110097426210103939310098911表6预测值与实际值比较批次预测值实际值偏差1513401112251355203935135020115讨论51微丸球形结聚原理果胶是一种异多糖的大分子化合物，果胶中的聚D半乳糖醛酸结构和海藻酸盐中的聚L古洛酸链序列相似，它与锌离子反应可生成“鸡蛋盒”式的复合物，继而形成2螺旋对称的二聚物链5，即果胶锌。当药物和果胶溶液滴入乙酸锌溶液中时，液滴在乙酸锌溶液中迅速沉降，液滴在表面张力的作用下收缩成球形，液滴中的果胶与锌离子发生胶凝反应固化成型，均匀分散于果胶中的药物和乙基纤维素在固化反应的同时被包被在微丸中。52释放介质的选定药物经口服给药会经过胃（PH135）、十二指肠（PH6）、小肠（PH5568）、和结肠PH78，主要考察模拟胃液和模拟小肠液的释放控制，分别用PH1的盐酸溶液和PH68的磷酸盐缓冲液模拟胃液和小肠液。释放液中加入01的十二烷基硫酸钠增加药物的溶解度以达到漏槽条件。山西医科大学药学院本科毕业论文19考察果胶酶影响时释放液为含06（W/V）果胶酶的PH5磷酸盐缓冲液。因为国产果胶酶在PH6时基本失活，所以使用PH5的磷酸盐缓冲液以尽量接近肠液PH值。53累计释放度转化结肠释药的理想效果是在模拟胃液（X1）和小肠液（X2）中释放度小，结肠液（X3）中释放度大或者全部释放。为在软件中能较好的评价释药情况，将在三种模拟环境中的释放度数字化处理设累积释放度Y21X11X2X3，Y2越大越接近于理想效果。这种转化方法能简单明了的反映出药物在体内环境中的释放情况，方便软件的数字化处理。54星点设计在工艺优化和处方筛选过程中，常需同时考察多个因素对结果的影响，并对结果进行优化。采用固定其他因素改变某一因素的单因素考察法能收到一定效果，但条件优选凭经验，且无法考察各因素间的相互作用。当因素水平数较少时可采用析因设计FACTORIALDESIGN；较多时，需采用实验次数较少的实验设计优化法。国内常用均匀设计和正交设计进行优化，但该两种方法实验精度不够，建立的数学模型预测性较差。国外近年来常用集数学和统计学方法于一体的效应面优化法RESPONESURFACEMETHODOLOGY,RSM进行优化，实验设计采用星点设计CENTRALCOMPOSITEDESIGN,CCD。本研究应用星点设计效应面法优化设计的原理，考察了果胶浓度、乙酸锌浓度、乙基纤维素所占比例对载药量影响，综合评价确定了醋酸地塞米松凝胶微丸的优化工艺和处方，根据该处方制得的微丸载药量达10。通过多项式拟合模型，描绘出效应面图和二维等高图，明显高于线性拟合，且方差分析符合要求，模型可信度较高。星点设计效应面法可很好地反映多因素、多水平间的交互作用，减少实验次数，为制剂工艺和处方的筛选提供很好的指导12。该特别适合于因素水平多、指标复杂的体系，和常规的正交、均匀设计相比，其预测的精确度较高，有利于更好地优化处方13。参考文献1张亚军,郑杭生,徐莲英果胶在细菌触发性结肠定位给药制剂中的应用J,中国医药工业杂质,2007,38（7）5335362MARIANNEHIORTH,THERESEVERSLAND,INGUNNTHOETC,IMMERSIONCOATINGOFPELLETSWITHCALCIUMPECTINATEANDCHITOSANJINTERNATIONALJOURNALOFPHARMACEU