包合技术(2h)

1、包合技术包合技术Inclusion Techniques吕万良吕万良北京大学药学院药剂系北京大学药学院药剂系 Tel: 82802683 Email: 1.定义 包合物(inclusion complexes)主要是指用环糊精(cyclodextrin，CD)等物质包合其它药物分子这样一类独特形式的络合物。包合物是一种分子的空间结构中全部或部分包入另一种分子而成。具有包合作用的外层分子称为主分子(host molecules)被包合到主分子空间中的小分子物质，称为客分子(guest molecules或enclosed molecules)。又称为分子胶囊。 采用的相应技术称为包合技术。一、概

2、述一、概述 Introduction 另外较早前的英文名称有 cyclodextrin inclusion compounds、adducts、clathrates等 翻译名有包合物、包藏物、加合物、包含物等，还有一些其它物质如尿素为包合材料的包合物。 有关环糊精的应用研究报道较多，研究显示环糊精包合技术对于发展药物新剂型、新品种有着良好的应用前景。 一、概述一、概述 Introduction 1. 包合材料 环糊精cyclodextrin,又称Schardinger dextrin，常见的、和三种，分别由6个、7个、8个葡萄糖所组成。2. 环糊精的结构与性质 环糊精系淀粉经酶解环合后得到的由

3、612个葡萄糖分子连结而成的环状低聚糖化合物。一、概述一、概述 Introduction 图1 环糊精中葡萄糖连接方式一、概述一、概述 Introduction 各种环糊精的一般性质项 目-CD-CD-CD葡萄糖单体数678分子量97311351297分子空洞内径0.450.6nm0.70.8nm0.851.0nm空隙深度0.70.8nm0.70.8nm0.70.8nmD25 (H2O)+ 150.5o+ 162.5o+ 177.4o溶解度(g/L,25)14518.5232结晶形状针状棱柱状梭柱状一、概述一、概述 Introduction 一、概述一、概述 Introduction 三种CD

4、的空洞内径及物理性质有很大差别。 以-CD空洞大小适中，水中溶解度最小，-CD在水中的溶解度为18.5g/L，最易从水中析出结晶，随着水中温度升高溶解增大。 如在水中加入20%乙醇，常温溶解度可增至5.5%。这些性质对-CD包合物的制备，提供了有利条件。表 CD 在水中溶解度温度()20406080100水溶解度(g/L)183780183256一、概述一、概述 Introduction 表 三种环糊精在有机溶剂中的溶解度（g/L，25）溶剂种类aCDCDCD四氯乙烷0.81.20.3四氯乙烷7.00.040.1甲 苯9.00.60.4溴 苯24.00.30.1二硫化碳0.80.7/ CD分子

5、内腔直径约为78， CD分子内腔直径约为4.56， CD分子内腔直径约为8.510。 CD更适合于包合药物，CD分子腔内径稍小，而CD可用于包合很多药物，但价格昂贵。 CD所能起到的增溶作用也是有限的。因此，基于溶解度、易包合性和用药安全性方面的考虑，对CD进行了一系列的结构修饰与改造。一、概述一、概述 Introduction 有五类环糊精衍生物引起研究人员的关注第一类是CD的各种甲基化(methylated)与烷基化(alkylated)物 2,6二甲基CD Dimethyl CD, DMCD 随机甲基化CD Randomly methylatedCD，RMCD3环糊精的衍生物环糊精的衍生

6、物第二类 羟丙基CD (hydroxypropyl-cyclodextrin) 羟乙基-CD (hydroxyethyl-cyclodextrin)；第三类 各类商品化的环糊精如 葡糖基CD (glucosylcyclodextrin，G1CD) 二葡糖基CD (diglucosylcyclodextrin，G2CD)；3环糊精的衍生物第四类 羧 甲 基 环 糊 精 及 其 衍 生 物 ， 如 C M C D (carboxymethylCD)；第五类 磺烷基醚(sulfoalkylether)环糊精，特别是磺丁基-环糊精 (sulfobutylether-cyclodextrin，SBECD

7、)的衍生物，如Captisol(商品名)是SBE7CD 3环糊精的衍生物图 环糊精的总结构葡萄糖分子通过1，4糖苷键连接R为衍生物取代基团表 环糊精及其衍生物名称缩写R(取代基)n-环糊精 (-Cyclodextrin)-CDH4-环糊精(-Cyclodextrin)-CDH5-环糊精(- Cyclodextrin)-CDH6二乙基-环糊精(Diethyl-cyclodextrin)DE-CDCH2CH3或H5二甲基-环糊精(Dimethyl-cyclodextrin) DM-CDCH3或H5甲基-环糊精(Methyl-cyclodextrin)M-CDCH3或H5随机甲基-环糊精(Rando

8、m methyl-cyclodextrin)RM-CDCH3或H5葡糖基-环糊精(Glucosyl-cyclodextrin) G1-CDGlucosyl或H5羟丙基-环糊精(Hydroxylpropyl-cyclodextrin)HP-CDCH3CH2OHCH3 或H5n为取代度为取代度(degree of substitution)，衍生物可能在，衍生物可能在2、3、6位上取代，且有不同取代度位上取代，且有不同取代度4环糊精包合物的结构 环糊精包合物可能主要有如下两种形式，即1:1分子比包合和1：2分子比包合，见下图。一、概述一、概述 Introduction 5包合原理 主分子和客分子进

9、行包合作用时，相互之间不发生化学反应，不存在离子键、共价键或配位键等化学键的作用，包合作用主要是一种物理过程。 包合物形成条件，主要取决于主分子和客分子的立体结构和两者的极性。包合物的稳定性，依赖于两种分子间的van der Waals引力的强弱；如分散力、偶极子间引力、氢键、电荷迁移力等，有时单一作用力起作用，多数为几种作用力的协同作用。一、概述一、概述 Introduction 5. 包合物的进展 磺酸化的环糊精有肝素样活性，导致血液凝集时间延长，因此，此类环糊精在病人体内的剂量不可过多。 在药品管理法方面，日本和欧洲允许将含环糊精的药品或食品应用于人体，但在美国环糊精可作为食品添加剂，美

10、国FDA基于人体用药安全方面的考虑，对于递交审批相关的环糊精产品持审慎的态度，特别是对于非口服给药途径含环糊精的新药。 约有10种上市含环糊精产品，其中的8种已进入日本，1种进入了日本和欧洲，1种进入了欧洲和美国。一、概述一、概述 Introduction 上市环糊精包合物药品与生产商及其国家上市环糊精包合物药品与生产商及其国家药物药物/环糊精环糊精商品名商品名公司公司国家国家PGE / -CDProstandinProstavasinOnoSchwarz PharmaJapanGermanyItalyPiroxicam/ -CDBrexinCycladolBrexinBrexidolChie

11、si Masterpharm Robapharm(Pierre Fabre)PromedicaLaunderItaly ItalyBelgiumNetherlandsSwitzerlandFranceGermanyPGE / -CDProstarmonEOnoJapanOP-1206/ -CDOpalmonOnoJapanBenexate/ -CD Ulgut LonmielTeikokuShionogiJapan JapanIodine/ -CD MenaGargle Kyushin JapanDexamethasone / -CDGlymesasonFujinagaJapanNitrogl

12、ycerin/ -CDNitropenNippon KayakuJapanItraconazole/HP-CDSporanoxJanssenUSA1. 共沉淀法 共沉淀法(co-precipitation), 也称为重结晶法(re-crystallization)或饱和水溶液法 该法先将CD制成饱和水溶液，加入客分子药物，对于那些水中不溶的药物，可加少量适当溶剂(如乙醇、丙酮等)溶解后，搅拌混合30分钟以上，使客分子药物被包合，但水中溶解度大的客分子有一部分包合物仍溶解在溶液中，可加一种有机溶剂，使析出沉淀。 将析出的固体包合物过滤，根据客分子的性质，用适当的溶剂洗净、减压干燥，即得稳定的包合

13、物。二、制备方法二、制备方法 Preparations2. 捏合法 捏合法(kneading)也称为研磨法(grinding)，先取CD加入25倍量水研匀，加入客分子药物(必要时将客分子药物溶于少量适当溶剂中)置研磨机中充分混合研磨成糊状，低温干燥后用适当溶剂洗净，再干燥，即得包合物。3. 超声波法 将CD饱和水溶液加入客分子药物溶解，混合后方即用超声波破碎仪或超声波清洗机进行超声代替搅拌力。超声时选择合适的强度，适当的时间，将析出沉淀如共沉淀法处理，得包合物。二、制备方法二、制备方法 Preparations4. 冷冻或喷雾干燥法 将CD制成饱和水溶液，加入客分子药物，对于那些水中不溶的药物

14、，可加少量适当溶剂如乙醇溶解后，搅拌混合30分钟以上，使客分子药物被包合。 然后置于冷冻干燥机中冷冻干燥。如制得的包合物品溶于水，不易析出结晶沉淀，或在加热干燥时易分解，可用冷冻干燥法干燥(freezedrying)，使包合物外形疏松，溶解性能好，可制成粉针剂。 或置于喷雾干燥机中进行干燥，称喷雾干燥法(spraydrying)。如制得的包合物易溶于水，遇热性质又较稳定，可用喷雾干燥法制备包合物，适宜于大工业生产。 二、制备方法二、制备方法 Preparations1.增加药物的溶解度和生物利用度2.液体药物粉末化与防挥发 3.降低药物刺激性和掩盖不良臭味4.提高药物稳定性三、药物环糊精包合物

15、的特点三、药物环糊精包合物的特点(一) 环糊精包合物经口给药 经口给药的设计目的主要包括如下几个方面:1.通过增加药物的表观溶出速度和程度提高药物的生物利用度；2.通过调节药物在胃肠道的释放部位或时间曲线达到提高药物稳定性或改变释放时间(如达缓释效果)；3.降低局部组织刺激性或掩盖异味。4.若用于提高生物利用度，所用的环糊精主要有各种环糊精的母体和其水溶性衍生物。有些药物通过疏水性环糊精衍生物包合技术达到延缓药物的溶出速度，以期达到药物的缓释作用。四、环糊精包合物的应用与设计Beagle狗经口给予25mg肉桂苯哌嗪后测得其体内的平均血药浓度时间曲线。()肉桂苯哌嗪HPCD包合物溶液，()肉桂苯

16、哌嗪SEB4CD包合物溶液，()肉桂苯哌嗪SEB4CD包合物胶囊，()肉桂苯哌嗪混悬液(pH4.5)， ()肉桂苯哌嗪胶囊2. 调节药物释放部位或时间调节药物释放部位或时间吗导敏CME-CD包合物片剂(含10mg吗导敏)在37C不同pH的溶出介质中的释放曲线。注：()日本药局方第XII版第一液(JP XII first fluid，pH1.2)，()醋酸钠缓冲液(pH4.0)，()日本药局方第XII版第二液(pH6.8)氧羧甲基氧乙基CD (OcarboxymethylOethylCD，CMECD) )的溶解度具有pH依赖性，在胃液条件下(pH1.2)不溶，而肠液中易溶解。利用此性质，可设计肠

17、部定位型控释制剂。吗导敏CMECD包合物在人工胃液中4h的释放仅为10左右，而在人工肠液中药物很快就释放出来，4h时几乎完全释放出来 地塞米松眼部生物利用度 0.1%的地塞米松混悬液 0.1%的地塞米松溶液 用5和8的HP-CD增溶 滴眼后(postinstillation)，测定 水性眼液(aqueous humor) 角膜(cornea) 结膜(conjunctiva) 虹膜(iris)中的药物浓度，评估其相对生物利用度。 结果: 经环糊精增溶后，生物利用度增加了一倍。 3. 环糊精包合物经眼部给药Jansen重要文章论述了其眼部用药安全性 狭缝灯生物显微镜(slit lamp biomi

18、croscopy) 扫描电镜技术 证实：1. DM-CD眼用制剂高剂量：角膜上皮细胞剥离 2. DM-CD从生物膜上萃取胆固醇、磷脂和蛋白质 HP-CD（12.5%）对于角膜组织无任何损伤 环糊精包合物眼部给药双重作用 1. 增加药物的吸收；2. 过多环糊精停留在眼角膜附近又可阻止药物的吸收（环糊精不吸收，除部分流失外，多部分停留在眼部，导致药物被重新包合）3. 环糊精包合物经眼部给药安全性1.可提高经鼻腔给药后生物利用度，其原理包括环糊精改变了鼻腔粘膜的渗透性；2.增加了某些难溶性药物的溶解度；3.对于某些前体药物(prodrug)和多肽，环糊精包合物改变了药物在输送部位的代谢速度。 亮氨脑

19、啡肽(leucine enkephalin) 酪氨酸亮氨酸脑啡肽(destyrosine leucine enkephalin)在鼻腔体液中可被快速灭活 4. 环糊精包合物经鼻腔给药经皮肤、直肠和肺部给药时，环糊精可改善和增加某些药物向全身循环的输送量1.环糊精可增加难溶性药物的溶解度2.提高不稳定药物的稳定性3.促进生物膜的渗透性 但应当注意的是，某些环糊精在具有促渗透作用的同时会对某些组织造成永久性的损害，若该环糊精本身也通过被损害的组织吸收的话，则对于体内而言又多了一个致病原物质。5 .环糊精包合物经皮肤、直肠和肺部给药1.相溶解度法2.扫描电子显微镜3.差示扫描量热4.园二色谱5.红外

20、光谱6.核磁共振用于验证包合物的新物相是否已形成和存在。四、包合物的验证四、包合物的验证1. 相溶解度法 相溶解度法(phase solubility diagram)可确证包合物的形成，也是评价包合物溶解性能常用的方法。 难溶性药物包合后溶解度增大，通过测定药物在不同浓度的环糊精溶液中的溶解度，绘制溶解度曲线。即以药物浓度为纵坐标，环糊精浓度为横坐标作相溶度图，可从曲线判断包合物是否形成，并获得包合物的溶解度。 计算其包合常数K，也称为包合物的表观稳定性常数。四、包合物的验证四、包合物的验证2. 扫描电子显微镜法 扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SE

21、M)可以直接观察到形成的包合物的微观结构。含药的包合物与不含药的包合材料以及原料药的形状不同，这是因为晶格排列发生变化所致。 但是应当注意，不同制备方法，其电镜下的形状也有可能不同，仅此一法不足以确认包合物是否形成，应当结合多种方法来验证。四、包合物的验证四、包合物的验证异丁普生原料药 捏合法处理后的原料药 四、包合物的验证四、包合物的验证四、包合物的验证喷雾干燥处理后的原料药CD原料四、包合物的验证四、包合物的验证捏合法制备的-CD包合物喷雾干燥制备的-CD包合物四、包合物的验证四、包合物的验证喷雾干燥制备的CD包合物图 异丁普生环糊精包合物的电镜照片3. 热分析法 差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)是鉴定药物和环糊精是否发生包合作用常用的方法。四、包合物的验证四、包合物的验证图 丙硫米唑HPCD包合物的DSC图谱a 为丙硫米唑原料；b 为HP-CD；c 为丙硫米唑与HP-CD物理混合物；d 为丙硫米唑与HP-CD 1：1投料、经共沉淀法制备的包合物；e 为丙硫米唑与HP-CD1：1投料、经冷冻干燥法制备的包合物。1. 圆二色谱法 平面偏振光通过光学活性物质时，除了圆偏振光发生旋转外，还有偏振光被吸收的现象，导致左右旋转圆偏振光能量不同，振幅也不同，此现