现代中药剂型设计与新辅料应用

1、现代中药剂型设计与新辅料应用现代中药剂型设计与新辅料应用贾晓斌贾晓斌 博士 教授江苏省中医药研究院现代中药重点研究室江苏省现代中药制剂工程技术研究中心 Email:中药现代化面临的挑战中药现代化十年，其出口额下降。中药制剂产品应用现代技术，大量分离富集有效成分/组分（一类和五类），减少了给药剂量，但进入临床后，疗效却不尽人意。中药现代剂型设计所需考虑的问题。新剂型/制剂涉及的新辅料的应用。中药现代化急需解决的问题一、中药现代剂型设计前需要了解的问题中药的物质基础新思路物质基础的体内ADME特性二、中药新剂型/制剂研究中新辅料的应用一、中药现代剂型设计前需解决的问题一、中药现代剂型设计前需解决的

2、问题中药(复方)物质基础新思路基础研究基础研究物质基础作用机制配伍规律有效组分功能组分功能组分方剂化学不直接起药效作用，但对有效组分具有增溶或辅助功能的成分。方剂药剂学影响有效组分的胃肠道吸收，即通过对中药在ADME各个环节（药物转运载体、药物代谢酶与有效组分发生的相互作用）研究，发现功能组分有可能促进有效组分体内吸收。方剂药效学对复方中其它类组分具有减毒增效的作用中药中药( (复方复方) )现代研究的解决方案现代研究的解决方案 中药复方在ADMEADME各个环节（药物转运载体、药物代谢酶与有效组分发生的相互作用）存在着配伍关系，即中药功能组分可能促进有效组分体内吸收，改变其体内药动学行为，而

3、发挥疗效。中药复方现代制剂研究的解决方案中药复方现代制剂研究的解决方案 现在中药新剂型的研究虽处于平台期, 但已孕育着突破。 口服用药是中医药治疗的主要手段。现代医药学研究证明，口服后药物无论产生药效或药理作用或表现出药动学行为都必须先经过胃肠道吸收，而吸收良好的中药制剂才能充分体现传统中药的治疗价值。因此，中药的吸收、分布、代谢和排泄研究（ADME）是中药现代剂型研究过程中不可回避的一个基本的和重要的科学问题。 中药中药 / / 复方组分复方组分 ADME研究研究 方中组分方中组分PK 组分组分ADME特性特性 中药成分中药成分/ /组分组分 ADME特性与效应关系特性与效应关系 现代中药创

4、新药物现代中药创新药物 现代中药处方与剂型设计现代中药处方与剂型设计 现代化学、物理学、药学、生物学及分子生物学的理论和技术提供了可靠的支撑。运用多学科的交叉与融合的ADME系统，可以从整体动物、分整体动物、分子和细胞水平子和细胞水平获得合理客观的数据。中药药动学和药效学的相互作用中药药动学和药效学的相互作用 药代动力学药代动力学 药效动力学药效动力学拮抗拮抗累加累加协同协同 中药中药ADMEADME药药物物的的体体内内过过程程 药物代谢动力学药物代谢动力学13 Liver GutFeces excretion Portal vein 胆汁排泄 肝肠循环肠肠循环Bile duct肠肠循环肠肠循

5、环Enteric and Enterohepatic Recycling WALL b b-glucosidase Glucoside Aglycone Glucuronic Acid Sulfate Glucoside Aglycone Conjugates LPHMESSENTARY BLOODLIVERHeart Portal VeinMRP Microflora MRP OATOATbile? MRP SGLT1 LUMENMicroflora ADMEADME技术技术 国际药剂学界越来越重视研究药物的生物药剂学性质，强调设计口服给药系统时必须把握药物的吸收转运机制及随胃肠道而变的原则

6、。 胃肠吸收机制及吸收性质研究已成为中药理论研究和中药创新制剂研究不可或缺的重要一环，是中药分离纯化、中药剂型或制剂手段选择的依据。研究方法研究方法1234肝脏体外模型肝脏体外模型在体肠灌流模型简介在体肠灌流模型简介 在体肠灌流模型保证了肠道神经以及内分泌输入的完好无损，同时也保证了血液及淋巴液的供应，提高了生物活性。 已经建立了鼠肠原位灌流实验取得的药物肠道渗透率同人体研究中口服给予药物溶液后吸收的药物量之间的关系。 Flow rate may be changed to increase absorption/metabolismduring single pass perfusion.

7、D J I CPerfusionSolutionPerfusate0.1-0.4 ml/minHeated to 37oCControlFour-site simultaneous perfusion model of rat intestine Perfusion Pump Caco-2Caco-2细胞细胞(human colon adenocarcinoma cell line ) (human colon adenocarcinoma cell line ) 细胞系是一种人体结肠腺癌细胞，始建于细胞系是一种人体结肠腺癌细胞，始建于19771977年；年； Caco-2Caco-2细胞模型

8、可作为研究小肠表皮细胞药物转运和代谢细胞模型可作为研究小肠表皮细胞药物转运和代谢的体外模型；的体外模型； Caco-2Caco-2细胞模型在国外被广泛用于新药的筛选及吸收机制细胞模型在国外被广泛用于新药的筛选及吸收机制的研究。的研究。20022002年被国际认定为动物实验替代方法年被国际认定为动物实验替代方法, ,已经被已经被FDAFDA批准；批准； 结构和生化作用类似于小肠上皮细胞，含有小肠结构和生化作用类似于小肠上皮细胞，含有小肠上皮细胞中的各种转运系统和代谢酶；上皮细胞中的各种转运系统和代谢酶； Caco-2Caco-2细胞在传统的细胞培养条件下生长在聚碳细胞在传统的细胞培养条件下生长在

9、聚碳酸酯膜上达到融合并自发分化为肠上皮细胞酸酯膜上达到融合并自发分化为肠上皮细胞, ,形形成连续的单层。成连续的单层。Caco-2 Cell Culture ModelAP Side(Lumen) BL Side(Serosal)Apical to Basolateral Transport: Absorptive TransportA to BBasolateral to Apical Transport: Secretory TransportB to A Efflux to both sidesCaco-2细胞的模型完整性的检测 Caco-2Caco-2单细胞层的完整性可测定以下几个单细

10、胞层的完整性可测定以下几个指标：指标： 用电子显微镜或光学倒置显微镜进行形态学检查；用电子显微镜或光学倒置显微镜进行形态学检查； 在单细胞层培养的不同阶段在单细胞层培养的不同阶段, ,测定碱性磷酸酶的活性测定碱性磷酸酶的活性, ,该该 酶是小肠刷状缘细胞的标志性酶；酶是小肠刷状缘细胞的标志性酶； 测量单细胞层的电阻测量单细胞层的电阻( () )； 标志物被动扩散的跨膜通量标志物被动扩散的跨膜通量; ; 用辣根过氧化物酶测胞饮功能。用辣根过氧化物酶测胞饮功能。肝匀浆肝匀浆 沉淀沉淀上清上清(S-9)沉淀沉淀(微粒体微粒体)上清上清15,000g, 4, 15min90,000g , 4, 60m

11、inPreparation of liver microsomes and hepatocytesHepatocytes can either be plated onto collagen-coated plates as primary cultures or used in suspension for studies of metabolism, cytotoxicity and drugdrug interaction. 例例1 1：Biochanin ABiochanin A和和 Formononeitin Formononeitin 在肠循环中处置在肠循环中处置 Red Clov

12、er提取物作为食品添加剂 用于治疗潮热症 。 Red Clover提取物含有许多与大豆相同的异黄酮类物质 ，主要苷元形式存在 。 异黄酮是主要的一类植物雌激素，具有抗衰老和抗荷尔蒙失调的作用，并有抗癌和骨质疏松症、治疗更年期综合症和心血管疾病等作用。 异黄酮的生物利用度很低（一般小于5%）,研究表明：肠内LPH酶能够快速地将苷水解，这类酶存在于小肠的顶端，我们曾比较过苷和苷元的吸收，发现苷同样会被有效的吸收。 OOHOHOHOCH3OOHOHHOCH3Formononetin Biochanin AOOOHROCH3Formononetin R=HBiochanin A R=OH03691 2

13、1 51 01 52 02 53 03 54 04 55 05 5B i o c h a n i n AF o r m o n o n e t i n - MI SB i o c h a n i n A - M 1F o r m o n o n e ti nB i o c h a n in A-M2A : P e r fu s a te02 04 06 08 01 0 01 01 52 02 53 03 54 04 55 05 5ISB io c ha n i n AD a i d z e i nG e n i s t e i nF o r m o n o n e t i nB : B i l

14、e051 01 52 02 53 01 01 52 02 53 03 54 04 55 05 5Ti m e ( m in )F o r m o n o n e ti nISB io c h an i n AB i o c h an i n A - M 1F o rm o n o n e t i n - MB i o c h an i n A - M 2m A UC : M i c ro s o m e sBiochanin A与Formononetin的吸收速度很快，但在小肠的不同部位这两种化合物的吸收量不同Red Clover的提取物中两种异黄酮的吸收很快并且与肠段呈相关性 Formono

15、netin和和Biochanin A 相代谢产物向肠内和胆汁内的排出相代谢产物向肠内和胆汁内的排出Biochanin A和和Formononetin纯化合物的排泄纯化合物的排泄Red Clover相结合物相结合物在肠内和胆汁内的代谢物比较在肠内和胆汁内的代谢物比较 Formononetin在胆汁中的代谢物的量高在胆汁中的代谢物的量高于肠腔排出的代谢物的量于肠腔排出的代谢物的量 Biochanin A Biochanin A排泄进入肠排泄进入肠内腔的结合物的量与进内腔的结合物的量与进入胆汁中的量无显著性入胆汁中的量无显著性差异差异肠的不同部位制备的肠微肠的不同部位制备的肠微粒体中两种化合物的葡萄

16、粒体中两种化合物的葡萄苷酸化反应苷酸化反应FormononetinFormononetin和和Biochanin ABiochanin A的葡萄苷酸化的动力学的葡萄苷酸化的动力学 Formononetin和和Biochanin A的葡萄苷酸化在浓度范围的葡萄苷酸化在浓度范围0.62550M时，两种化合物的代谢在最高浓度（时，两种化合物的代谢在最高浓度（50M）被饱和。被饱和。不同浓度和时间下不同浓度和时间下肝和空肠微粒体中肝和空肠微粒体中Red CloverRed Clover葡萄苷酸化葡萄苷酸化 Biochanin A在空肠微粒体的代谢被饱和，最高浓度（在空肠微粒体的代谢被饱和，最高浓度（5

17、0M），），Biochanin A在肝微粒体中的代谢也同样被饱和（在肝微粒体中的代谢也同样被饱和（50M） 0.5h 0.5h 至至12h12h的大鼠肝微粒体代谢实验的大鼠肝微粒体代谢实验结果表明结果表明Biochanin A-M1的迅速形成，然后保持稳定；的迅速形成，然后保持稳定；Formononetin的代谢在的代谢在1h-8h内缓慢增长内缓慢增长 Biochanin A向向Genistein的转化的转化OOHOHOHOHGenisteinOOHOHOHOCH3Biochanin ABiochanin ABiochanin A向向GenisteinGenistein的转化的转化 Daidz

18、ein Daidzein和和GenisteinGenistein在被在被-葡萄糖醛酸苷酶和葡萄糖醛酸苷酶和硫酸酯酶水解后于胆汁中被发现硫酸酯酶水解后于胆汁中被发现 两种化合物在两种化合物在Caco-2 Caco-2 细胞模型中的吸收和代谢细胞模型中的吸收和代谢 大量的大量的FormononetinFormononetin和和Biochanin ABiochanin A（原药液一侧为（原药液一侧为10M10M）在通过在通过Caco-2Caco-2细胞单分子层时被代谢为葡萄苷酸细胞单分子层时被代谢为葡萄苷酸Glucuronic Acid (nmol) (Average SD) Compound P

19、ermeability (10-6cm/s) 2hAP Side 2hBL Side Formononetin 16.70.22 0.600.09 1.500.01 Biochanin A 16.30.10 0.490.06 0.640.14 Formononetin 13.50.07 - - Red Clover Biochanin A 17.30.07 0.860.13 0.650.01 Red CloverRed Clover在在Caco-2 Caco-2 细胞模型中的吸收和代谢细胞模型中的吸收和代谢 大量的Biochanin A在通过Caco-2细胞单分子层时被代谢为葡萄苷酸，但是没有

20、发现Formononetin的葡萄糖醛酸代谢。 结 论 异黄酮代谢产物在肠和肝中的排出，受和亲水性代谢产物排出密切相关的结合酶和转运载体结合酶和转运载体的结合控制 。 研究表明这种特异性的结合可以用来测定该酶在肠和肝中对异黄酮代谢物排出的相对量值，相应的还会影响成分在代谢过程中肠循环和肠肝循环的相对作用。 例例2 2：葛根黄酮剂型设计前研究：葛根黄酮剂型设计前研究 葛根黄酮吸收机理葛根黄酮吸收机理 葛根提取物中主要为异黄酮类物质。主要有葛根提取物中主要为异黄酮类物质。主要有 葛根素葛根素 puerarinpuerarin 大豆苷大豆苷 daidzin daidzin 大豆苷元大豆苷元 daid

21、zeindaidzein 金雀花异黄素金雀花异黄素 genisteingenistein 芒丙黄花素芒丙黄花素 formononetinformononetin OOOHOHGlcPuerarinOOOHGlcODaidzinOOOHOHDaidzeinOOOHOCH3FormononetinOOOHOHOHGenistein葛根素吸收葛根素吸收 葛根素按苷键类型分属于碳苷，相对于O-葡萄糖苷如大豆苷更难被代谢去活性也更难被酶水解。最近，Prasain等研究证明：绝大多数葛根素未被水解就被吸收，在大鼠体内只有极少量的葛根素被转化成氧化态形式。葛根素在动物体内吸收代葛根素在动物体内吸收代谢机理仍

22、然是尚待解决的问题。谢机理仍然是尚待解决的问题。葛根黄酮代谢葛根黄酮代谢 Jeevan K Prasain等利用LC-MS-MS对大鼠口服葛根素后血清、尿、粪便、脑组织、心脏组织中的葛根素及葛根素的代谢产物进行鉴别。 大鼠给药后72小时内的尿、粪便分析表明，大量的葛根素以原形排出，仅有少量葛根素氧化代谢产物，羟基葛根素、二羟基葛根素。 葛根黄酮成分确切，药理作用明显，临床疗效葛根黄酮成分确切，药理作用明显，临床疗效显著，但葛根黄酮生物利用度低，葛根黄酮在显著，但葛根黄酮生物利用度低，葛根黄酮在体内吸收代谢机理尚未明确。如何通过制剂学体内吸收代谢机理尚未明确。如何通过制剂学手段有效提高葛根黄酮的

23、生物利用度，并揭示手段有效提高葛根黄酮的生物利用度，并揭示葛根黄酮在体内吸收代谢机理，以提高疗效是葛根黄酮在体内吸收代谢机理，以提高疗效是我们需要解决的问题。我们需要解决的问题。 为了全面了解葛根素及葛根中其它黄酮类物质的吸收机理，我们利用Caco-2细胞模型和大鼠在体肠灌注模型，对葛根素及其它黄酮类物质的肠吸收机理进行探讨。校正肠灌注模型中水分吸收的影响后发现，葛根素在肠道的吸收很慢。校正肠灌注模型中水分吸收的影响后发现，葛根素在肠道的吸收很慢。不同肠段的葛根素渗透系数不同肠段的葛根素渗透系数P*eff比较比较肠段十二指肠空肠回肠结肠P*eff0.180.100.190.070.200.09

24、0.200.06葛根黄酮中金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄葛根黄酮中金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄花素在肠段的的吸收与代谢花素在肠段的的吸收与代谢 芒丙黄花素在不同肠段的的吸收与代谢芒丙黄花素在不同肠段的的吸收与代谢大鼠在体肠灌注模型中芒丙黄花素结合物排泄量图大鼠在体肠灌注模型中芒丙黄花素结合物排泄量图 大鼠在体肠灌注模型中芒丙黄花素吸收量图大鼠在体肠灌注模型中芒丙黄花素吸收量图 芒丙黄花素芒丙黄花素IIII相结合物肠和胆汁中的排相结合物肠和胆汁中的排泄泄芒丙黄花素结合物在肠中的排泄低于芒丙黄花素在胆汁中的排泄芒丙黄花素结合物在肠中的排泄低于芒丙黄花素在胆汁中的排泄 金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙

25、黄花素在不同肠金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄花素在不同肠段转运试验比较段转运试验比较 肠段大豆苷元a金雀花异黄素a芒丙黄花素b十二指肠1.760.211.320.472.380.50空肠1.980.411.850.622.170.34回肠1.330.411.370.311.060.07结肠1.990.342.150.233.460.30 金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄花素在肠段中吸收较好，但不金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄花素在肠段中吸收较好，但不同肠段之间具有明显的差异，三种苷元在结肠中的吸收均高于其它三同肠段之间具有明显的差异，三种苷元在结肠中的吸收均高于其它三个肠段，而回肠的吸收均最低。

26、个肠段，而回肠的吸收均最低。葛根素在葛根素在Caco-2Caco-2细胞模型中的吸收细胞模型中的吸收 葛根素浓度与吸收速率： 葛根素转运速率随着浓度的增加呈线性增长，表明葛根素转运仅依赖于细胞葛根素转运速率随着浓度的增加呈线性增长，表明葛根素转运仅依赖于细胞膜两侧浓度差，不存在其它主动转运行为，因此葛根素吸收属于膜两侧浓度差，不存在其它主动转运行为，因此葛根素吸收属于被动转运。被动转运。 葡萄糖浓度对葛根素转运速率没有明显的影响，由此进一步证明了葛根素在葡萄糖浓度对葛根素转运速率没有明显的影响，由此进一步证明了葛根素在体内的吸收过程为体内的吸收过程为被动转运过程被动转运过程。 芒丙黄花素在芒丙

27、黄花素在Caco-2Caco-2细胞模型中的吸收细胞模型中的吸收与代谢与代谢转运过程中芒丙黄花素的含量转运过程中芒丙黄花素的含量 转运过程中芒丙黄花素代谢物的含量转运过程中芒丙黄花素代谢物的含量 大量的芒丙黄花素转运时被葡萄糖醛酸化代谢，而在细胞转运的两侧均检测出芒丙黄花素硫酸酯酶代谢产物，但含量非常低。结果表明芒丙黄花素代谢方式主要以葡萄糖醛酸化作为代谢方式。葛根总黄酮在葛根总黄酮在Caco-2Caco-2细胞模型中的吸收细胞模型中的吸收min0102030405060mAU0255075100125150175 DAD1 A, Sig=254,4 Ref=450,40 (J103005PU

28、000013.D) DAD1 A, Sig=254,4 Ref=450,40 (J103005PU000009.D) 葛根黄酮通过细胞层后的成分指纹谱与原液相比，有较大差异，最主要表现在成分峰之间的相对比例显著不同，表明葛根黄酮中各单体吸收速率有差异，这与成分单体的渗透系数研究结果一致。 葛根素葛根素主要是通过被动扩散吸收，生物利用度低的原因是因为葛根素吸收差葛根素吸收差。 葛根提取物中黄酮如：金雀花异黄素、大豆苷元、芒丙黄花素等等吸收较好，但在肠道即被代谢，主要是相代谢相代谢； 而黄酮苷黄酮苷，如葛根素、大豆苷等吸收较差，并且黄酮之间存在相互作用相互作用，影响体内过程及药动学参数。二、中药新

29、剂型/制剂研究中新辅料的应用 了解了中药组分的ADME特性之后，进行现代中药剂型/制剂研究，势必涉及新型辅料的应用。微丸制剂中辅料的应用微乳制剂中辅料的应用环糊精在中药中的应用微丸制剂中辅料的应用 我们根据中药我们根据中药(复方复方)组分组分ADME特性，进行剂型特性，进行剂型设计，选择适宜的辅料，以提高制剂的生物利用度，设计，选择适宜的辅料，以提高制剂的生物利用度，发挥临床疗效。发挥临床疗效。 根据葛根中成分的体内吸收代谢特性，及研究过程根据葛根中成分的体内吸收代谢特性，及研究过程中提供的动力学参数，选择适宜的辅料将其制成服用方便中提供的动力学参数，选择适宜的辅料将其制成服用方便的现代中药剂型的现代中药剂型中药微丸制剂，对微丸制剂提高葛根中药微丸制剂，对微丸制剂提高葛根黄酮的生物利用度进行多方面的评价。黄酮的生物利用度进行多方面的评价。例：葛根黄酮微丸 对葛根黄酮微丸制剂处方进行筛选，对载药量、辅料种类、辅料用量进行优选，筛选出最佳处方，对影响制剂中物料性质的润湿剂的种类和用量进行平行试验优选，对制备工