微粒在药物缓控释和靶向给药中的研究进展_百度文库

1、- 1 -微粒在药物缓控释和靶向给药中的研究进展李近,蒋国强,丁富新(清华大学化学工程系,北京 100084Email:lijin03摘 要： 通过载药微粒给药实现药物传输是释药技术一个重要研究领域。本文对微粒的两个主要功能：缓控释功能和靶向功能两方面的研究进展做了简要的综述，并指出了载药微粒系统中存在的主要问题和未来的发展趋势。关键词： 药物传输系统，微粒，缓控释，靶向1. 引 言缓控释和靶向释药是当代药物传输系统的重要发展方向，使用微粒载药系统是实现缓控释和靶向释药的最常见技术。微粒是指粒径在微米以下的载药粒子，包括微球、微囊，纳米粒、脂质体、微乳等微型载体。具有缓控释功能的微粒，可使药物

2、在几周或几个月时间内以一定速率释放，以维持有效血药浓度，减少给药次数，提高疗效。对微粒进行修饰可实现靶向给药，如靶向肿瘤部位等，可减小给药剂量，同时降低药物对机体的毒副作用。选用具有生物降解性和生物相容性体材料作为载体，可在体内降解为无毒产物排放到体外。微粒适用于等多种给药途径，可采用口服、眼部、鼻腔、肺部等非注射方式给药，从而使患者的顺应性大大增强，因此微粒作为新一代载药系统而受到广泛关注。本文综述了微粒载药物缓控释和靶向释药方面的近期研究进展。2. 微粒的缓控释功能制备工艺的改进，包括如何降低突释、实现药物的零级释放一直是提高微粒缓控释能力的研究热点。对微粒进行修饰，实现微粒在体内的长循环

3、以及增强微粒的粘附性能，也是当前的重要研究领域。2.1 “低突释”微粒由于制备工艺的影响，部分药物在释放初期可直接从微粒表面或通过载体的微孔迅速释放，导致血药浓度突然增高，称为突释。药物突释不但降低到达靶部位的药量，而且突增的血药浓度也会对机体产生毒副作用。通过洗涤、萃取等方法，减少微粒表面附着的药物可以降低突释，但同时会降低载药量，且耗费大量溶剂。目前解决突释的主要手段包括优化制备工艺参数、对工艺进行改进，以及改善药物在载体内的分布状态等。微粒的释药特性受到制备过程中诸如粒径、聚合物分子量、载体材料与药物的比例、交联度、搅拌速度、温度等参数的控制。制备双层微球可对不同溶解度的药物进行包封来降

4、低- 2 -突释率。比如采用亲水内核的PLLA(壳/PLGA(核双层微球2和PLA(壳 /PLGA(核双层微球3，可以有效降低水溶性药物的突释；又如制备POE（核）/ PLGA（壳）双层微球4，同时在外壳内加入水溶性蛋白BSA调节壳的孔隙率，可实现对水不溶性蛋白的控释。对于难溶于水的药物，在包封前先用固体分散技术处理5，可提高药物的生物利用度，也有助于调节药物的释放速度。此外，载体材料的存在形态和药物的性质也是要考虑的因素。Kim等1发现，半结晶态的PLA降解速率明显低于无定型的PLGA，缓释性能更好，并能避免由于快速降解造成的微球内部酸性环境对蛋白类药物的破坏。添加辅料来改善药物在载体内的分

5、布状态，因操作简单易行而受到关注。Yamaguchi6采用多乳溶剂挥发法制备PLGA 微球，在有机相中添加甘油或乙醇等亲水极性溶剂，可以降低两性药物（如蛋白质）在微球表面的分布量，减少突释。但这种方法的有效性也与药物性质有关，比如用喷雾干燥法制备包封水溶性药物的PLGA 微球，在有机相中添加乙醇会因相分离使药物分布和微球结构不均匀，导致突释的增加7。然而Wang 等 8在双乳溶剂挥发法中向内水相添加0.2的葡萄糖，也可降低包载水溶性药物的PLGA 微球的突释率，其原因可能是葡萄糖使高分子微结构重排，降低了微球的渗透性。 2.2 “长效循环”微粒静脉注射给药可以避开口服给药所带来的胃肠道酶的降解

6、以及肝脏的“首过效应”。对于那些在胃肠道不稳定，而且需要长期给药的药物来说，比较适宜制成注射剂型。但微粒静注后易被网状内皮组织（RES）的巨噬细胞所吞噬，无法实现对机体其它组织的靶向。微粒粒径和表面性质是影响清除率的主要因素，微粒表面所吸附的血浆蛋白性质也会对清除率有所影响9。很多研究针对降低微粒被RES 的清除率、实现体内长循环从而靶向非RES 组织而展开。粒径在50200nm之间的微粒具有较好的长循环效应10。Gaur11采用亲水性聚乙烯吡咯烷酮(PVP为载体材料，通过减小粒径并精确粒径分布（<100nm），制备了包载亲水性药物的凝胶纳米粒，几乎可以100避开RES。表面修饰亲水基团

7、（比如PEO、PEG、poloxamers 的活性基团）的微粒可以降低对血浆蛋白的吸附，从而逃避巨噬细胞的吞噬。PEG为常用的修饰材料，修饰方法有使PEG 物理吸附到微粒表面或嵌入脂质纳米粒10；或者利用PEG 的羟基与微粒表面材料活性基团的共价结合，通过调节PEG 链的长度12、载体材料与PEG 的比例13等实现不同的循环时间。这几种方法都有其弊端：物理吸附不稳定，PEG容易解吸；而对于表面惰性的微粒则难以进行PEG 的共价修饰。Moghimi14巧妙的对表面惰性的聚苯乙烯微粒进行了PEG 修饰。首先利用聚苯乙烯对所载蛋白质药物进行强吸附，再通过蛋白质的氨基与经三聚氯氰（cyanuric c

8、hloride）活化的mPEG5000之间进行共价结合，得到粒径60nm 的纳米粒。对老鼠进行静注经疏水色谱分离的纳米粒的实验结果表明，表面强亲水性的微粒具有良好的“躲避”性能。2.3 “生物粘附”微粒生物粘附是指天然或合成高分子材料与生物组织（主要指上皮细胞或者粘膜，或者二者兼有）之间的粘附现象15。将药物分散或包裹在粘附性载体中、或用粘附材料进行包衣所制- 3 -备的微粒，可以降低给药环境对微粒的排空作用，延长药物在吸收部位的停留时间，同时利用其较高的比表面积，提高药物的生物利用度。对人体的粘膜系统给药，包括眼部、鼻腔、肺部、阴道，胃肠道等，均可利用生物粘附来增强对药物的缓释和控释，而这些

9、粘膜系统是实现非注射给药方式的研究热点，具有生物粘附性能的高分子材料多具有带负电荷的亲水性基团（如羟基、羧基、氨基等），可以与粘附层作用形成氢键等非共价键合力16。壳聚糖、卡波普（Carbopol）、羟丙基纤维素、海藻酸钠等均为良好的生物粘附材料。Takeuchi17用壳聚糖和卡波姆包衣带电脂质体，对老鼠进行口服降钙素给药，包衣后的载体对肠道的粘附作用要明显强于未包衣带电脂质体。这类粘附材料主要通过润湿作用“激活”，但粘附作用为非选择性粘附，且粘附性能大多受pH和干燥方法的影响18。对载体材料进行修饰，如进行巯基化19,20，或用PEG与药物制成前体药物21等，可通过形成二硫键或控制前体药物水

10、解速率来增强粘附能力。表面修饰有植物凝集素22,23、细菌粘附素24、配体或抗体的微粒，还可以实现靶向粘附作用，被作为第二代生物粘附给药系统而受到广泛关注。评价微粒生物粘附性能的传统方法包括体外测量粘附力的Wilhelmy plate法、切应力测量法、流变学方法、测量停留时间法，以及体内同位素示踪法等等。新的评价方法也不断被开发出来，如BIACORE 法25。不过目前的主要问题是这些评价方法没有统一的标准，这给生物粘附系统的发展带来挑战。3. 微粒的靶向功能微粒给药系统可将药物定位于靶区，提高局部血药浓度，降低药物的全身性毒副作用，尤其是降低化疗过程中抗癌药物对正常细胞的伤害。微粒的靶向功能一

11、般可分为被动和主动两大类，也可根据靶向性机理分为生物物理、物理机械、生物化学、生物免疫靶向等26。31 生物物理靶向微粒通过注射给药（静脉、动脉或腹腔注射）后，由于粒径的不同可被机体不同组织部位截留所摄取。微粒本身对靶细胞无识别能力，依靠机体的物理和生理作用使微粒选择性聚集于肝、肺、淋巴等部位。此外，微粒的表面电荷、表面亲水性质以及表面吸附大分子等也会影响其靶向性27。这种靶向属于被动靶向，对微粒粒径控制要求很高，微粒分布受机体环境影响较大。目前关注更多的是对微粒本身进行改造或修饰，通过逃避网状内皮组织实现长循环（见本文1.2），或使之具有磁性、智能响应性、与生物体内受体具有亲和力的主动靶向功

12、能。32 物理机械靶向二十世纪七十年代末，依靠外界作用力实现体内药物靶向分布的磁微粒（包括磁纳米粒）被研制出来。将化疗药物包载在具有生物相容性的磁性微粒中，通过外加磁场的作用，使载药微粒浓集于病变部位进行药物释放，可以有效降低药物对机体正常细胞的毒害，同时也减少了给药剂量。磁微粒的靶向功能受很多物理机械参数和流体力学参数的影响，如磁场强度和梯度、静脉、脉注射时的血流速度、磁流体浓度、循环时间等，同时也要考虑一些生理参- 4 -数比如给药部位距靶区的距离、肿瘤大小、药物与载体结合程度。有研究表明28，在血流速度较慢区域，尤其是靶点与磁源距离很近时，磁微粒的靶向功能最好。一般较大的微粒（1m级别）

13、可以抵抗血液流体动力的阻力，特别是在管径较大的静、动脉29，但粒径大到一定程度会导致血管栓塞30或者引起机体的免疫反应甚至炎症。因此粒径也需要严格控制。在考虑微粒的磁性效应同时，一般结合微粒的其他性质如粒径、电荷或亲水性等表面性质，可以降低被巨噬细胞的清除率。33 生物化学靶向根据机体某些部位或病变区的特殊生物化学环境（如pH、温度、释放生物物质浓度的差异），可制成环境响应型微粒，给药后集中在特殊环境中释放药物，避免药物的对其他部位刺激和毒副效应。研究较多的是靶向肠道或肿瘤pH 响应微粒。通常人体消化道中胃液的pH 为0.91.5,小肠内为6.06.8,结肠内为6.57.5，肿瘤部位大多呈酸性

14、31， pH响应型微粒的制备可直接采用pH 敏感材料作为载体，比如pH 敏感水凝胶，其骨架上具有弱酸或碱性基团，受外界环境pH 和离子强度影响而离子化，进而溶胀释放药物。已报道的高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸（PAA）以及天然多糖类壳聚糖等。另一种制备方法是将pH 敏感高分子交联或嫁接到微粒载体上。比如聚丙烯酰胺瓜耳胶 （pAAm-g-GG）具有比瓜耳胶更好的热稳定性能32，Soppimath33用这种接枝聚合物制备水凝胶微球，通过水解作用离子化产生羧基，使之具有pH 敏感性。采用交联乳化法制备的聚乙烯醇（PVA）/聚丙烯酸（PAA）贯穿网络水凝胶微球34也具有类似的pH 敏感性，可实

15、现药物在肠道（pH7.4）的释放。此外，利用嵌段共聚物制备的纳米级聚合物胶束还可对酸性pH 敏感，实现靶向肿瘤部位释药35。但是机体内组织间的pH 差异并不显著，而且受外界环境干扰严重，比如小肠和结肠部位的pH 环境就很相似。这给以pH 响应型微粒释药系统带来一定困难。34 生物免疫靶向肿瘤细胞恶变时,会在表面特异表达或过量表达某种抗原或受体。表面修饰相应的抗体或配体，制备具有免疫性或亲和特异性的微粒，可被肿瘤组织或细胞所识别，将治疗药物定向运抵靶组织。这种靶向克服了生物化学靶向灵敏度差的缺点，具有特异性。由树枝状高分子（比如聚酰胺胺型树枝状高分子(PMAMA）制备的微粒，具有高度分枝性、多价

16、态、可形成纳米球形结构36、经预酰化处理还可增强靶向特异性37等优点，在药物特异性靶向方面应用较为广泛。Thomas 38分别将特异结合CD14和前列腺癌抗原(PSMA 的单克隆抗体60bca和J591连接在PMAMA上,体外实验表明可以良好的靶向抗原分泌细胞。不过抗体修饰微粒载体目前仍存在很多问题，比如抗体交联后的特异性降低，抗原性增强；造成微粒较大，难以到达肿瘤深部；肿瘤存在个体差异，单克隆抗体只能靶向特定肿瘤；体内外实验差异较大等等。相比之下，肿瘤分泌的受体则分布较为广泛。比如叶酸（FA）受体在多种肿瘤细胞中都有过度的表达39，且受体与配体结合具有特异性、选择性和亲和力强等特点。Thom

17、as40将叶酸交联在第五代PMAMA (G5PMAMA 上，同时交联荧光素(FI作为检测剂，制备成多功能树枝状纳米载体，可有效的将甲氨蝶呤(MTX靶向过量表达叶酸受体的 KB 细胞。- 5 -4. 展望微粒给药系统具有广阔的应用前景。尤其是生物可降解性和生物相容性材料的开发，使得微粒在缓控释和靶向给药方面极具发展潜力。此外，微粒可作为生物活性大分子载体，在维持药物活性和稳定性等方面也具独特的功能。但是目前微粒给药仍存在一些问题有待解决。比如制备过程复杂，制备的微粒批次间重复性差，稳定性差，有机溶剂残留现象严重，成本较高，工业化生产困难等。如何对现有技术改造，减小参数变化的影响，采用传递理论对微

18、粒释放行为进行分析，或者研发新工艺和新型药物微载体等可以作为解决办法。非注射给药微粒，比如粘膜系统给药微粒的研制，是今后药物传输系统的发展方向之一。但是长期给药对粘膜的毒性也是值得考虑的问题。生物化学靶向给药系统仍然存在灵敏性和特异性较低问题，开发菌群触发型和酶触发型结肠释药系统将会受到越来越多的关注。制备具有复合型功能的微粒也是未来发展的热点。很多微粒给药的体外和动物实验已经取得了很好的效果，但由于种族和个体差异性较大，以及微粒制备的不稳定性，因此距离人体的临床应用还有一定距离。参考文献1 Kim H K,Park T G.Comparative study on sustained rel

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