羟丙基-环糊精在眼用制剂中的应用

羟丙基--环糊精在眼用制剂中的应用

一般来说，服用单一药物的生物利用率只有1%10%，因此主要问题是如何提高药物的生物利用率。造成眼部给药生物利用度低的主要原因是药物难透过角膜屏障和角膜前的流失。对角膜屏障,通常认为药物的脂溶性越强,其角膜透过率也越大。但对脂溶性药物,其水溶性、稳定性及分子大小等也影响其角膜透过率。造成角膜前流失的主要原因是药物的溢出、经鼻泪管途径的流失、非角膜吸收及药物刺激性导致的流泪冲刷。环糊精(cyclodextrin,CD)用于眼部给药始于20世纪90年代初期。将CD用于眼用制剂的初始目的是为了提高脂溶性药物的溶解度,但同时也发现用CD包合可以减少药物的刺激性,且可增强药物的角膜透过率,提高生物利用度。羟丙基-β-环糊精(Hydroxypropylbetacyclodextrin,HP-β-CD)属β-CD的羟烷基化衍生物,系由其分子中葡萄糖残基上3个羟基的氢原子被羟丙基所取代而形成,见图1。大量的动物实验及人体试验表明,眼部组织对HP-β-CD具有很好的耐受性,其浓度甚至可以达到45%。现就近年国内外有关HP-β-CD在提高药物的溶解性、稳定性、角膜透过性及减少药物眼部刺激性等方面的研究进展作一综述。1hp--cd对药物的溶解度在CD的圆锥形体腔中,由于分子中的葡萄糖残基上的羟基主要分布在腔的外围,糖苷键氧原子位于腔体中部,所以腔内疏水,腔外亲水。在水溶液中,CD亲脂腔体中的水分子形成氢键的倾向得不到满足而比溶液中的水分子具有更高热焓,高热焓的水分子具有降低体系能量的驱动力,所以,亲脂性药物整个分子或亲脂结构能通过置换CD腔体内的水分子与其形成包合物,再利用CD腔外亲水性,而使其溶解度增加。HP-β-CD通过对β-CD的羟丙基化,破坏其分子内氢键,使本身水溶性显著提高,从而更加显著提高难溶性药物的溶解度。Wang等采用相溶解度法分别考察了HP-β-CD对双硫仑和二乙基二硫代氨基甲酸锌的溶解度,发现二者的相溶解曲线均符合AL型,表观稳定参数分别为1772和3453L·mol-1,当HP-β-CD浓度为22%时,二乙基二硫代氨基甲酸锌的溶解度增加了850倍。Tirucherai等发现HP-β-CD的浓度与各种更昔洛韦前体药物的溶解度呈线性关系,10%的HP-β-CD使更昔洛韦前体药物的溶解度增加1.7～7.3倍,而更昔洛韦溶解度未增加,表明更昔洛韦未被HP-β-CD包合。Cappello等研究表明在pH值7.4和25℃时,托吡卡胺的溶解度与HP-β-CD浓度成正比,相溶解度曲线为AL型,聚合物(聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素)的加入对溶解度没有影响。在120℃加热20min的情况下,HP-β-CD的增溶作用未受影响,但加入上述聚合物后,0.25%的聚乙烯吡咯烷酮使溶解度减小,而0.1%的羟丙基甲基纤维素和0.25%的羧甲基纤维素使溶解度增加,推测后两者与HP-β-CD包合物形成了络合物。2更加强药物稳定性滴眼液是使用最普遍的眼用剂型,但滴眼液中存在水解、光解、氧化、离体异构、消旋化及酶解等作用,使药物降解,稳定性降低。如果用HP-β-CD包合后,药物分子进入其内部空腔中,可以形成所谓的“分子胶囊”,而防止药物的降解。药物用HP-β-CD包合后,稳定性大小取决于包合度及包合物中药物的降解率。包合度增加及包合物中药物的降解率减小,将使药物的稳定性增强。Kim等分别比较了重组人表皮生长因子(rhEGF)与HP-β-CD以1:4,1:10和1:20(物质的量比)包合后置于4℃下6个月的稳定性。结果显示,3种包合物的稳定性均增加,1:20的rhEGF/HP-β-CD包合物的稳定性最好。Tirucherai等考察了在34℃,pH值7.4的等渗磷酸盐缓冲液中HP-β-CD(5%和10%)对更昔洛韦前体药物化学稳定性的影响。结果显示,除更昔洛韦单乙酸盐外,其他前体药物的降解速率常数都减小,且包合比越大,降解速率常数减小得越多。同时还考察了HP-β-CD(5%,10%和20%)是否可以降低角膜中膜结合酶(乙酰和丁酰胆碱酯酶)对更昔洛韦前体药物的酶解作用。结果显示,3种浓度的HP-β-CD均能使酶解速率常数减小,且成浓度依赖关系。醋酸地塞米松在25℃,pH值为7的磷酸盐缓冲液中的水解属于假一级动力学,加入HP-β-CD后,降解率减小,但反应级数不变。3与hp--cd包合物的阿克氏原螯虾有关眼部给药的药物分子必须具有一定程度的亲水性以透过眼表的由泪眼和亲水性的黏蛋白组成的水性液层,同时,又具有一定的脂溶性以透过偏脂溶性的生物膜(角膜、结膜等)进入眼组织。目前,对HP-β-CD增加药物角膜渗透性的机制主要有2种不同的认识:①认为HP-β-CD通过破坏角膜细胞膜,或者通过渗透进入细胞膜或通过从细胞膜提取脂溶性的物质如胆固醇和磷脂来增加透过量。②认为由于HP-β-CD分子相对较大且具水溶性的外壳,使其很难透过偏脂溶性的角膜,所以推测HP-β-CD实际上只是充当脂溶性药物分子的载体,增加了药物水中的溶解度,并透过水性液层转运至角膜的表面,然后以扩散的方式透过角膜进入眼组织,水溶性的药物分子由于与HP-β-CD的亲和性较差,而无此作用。后一种机制认为药物通过黏蛋白层是受扩散控制,而药物透过角膜则是膜控,当HP-β-CD的浓度低时,药物的角膜渗透系数随HP-β-CD的浓度增加而增大,当供给池中的药物处于饱和状态,药物的热力学活性最高(即药物透过角膜的趋势最大);而当HP-β-CD过量时,由于供给池中药物的热力学活性降低,药物的角膜渗透系数随HP-β-CD浓度的增大而降低。Aktas等研究表明HP-β-CD能使硝酸毛果芸香碱的角膜透过率增加近4倍,药效学实验表明含有5%HP-β-CD和0.2%Carbopol940的硝酸毛果芸香碱滴眼液缩瞳效果最好。Kim等研究了不同比例rhEGF/HP-β-CD包合物的释放效果,体外试验显示随泊洛沙姆凝胶中rhEGF/HP-β-CD包合比增加[1:4～1:20(物质的量比)],rhEGF的释放量减少,体现出缓释特征,可推测在角膜前停留时间延长。体内试验结果表明,与不含HP-β-CD的rhEGF凝胶滴眼液相比,随rhEGF/HP-β-CD包合比例增加,rhEGF/HP-β-CD凝胶滴眼液中rhEGF释放到泪液中的AUC也增加(1.6～3.8倍),可推测HP-β-CD可使rhEGF在泪液中维持较高的浓度。Bary等采用液体闪烁计数法研究发现含69.7mmol·L-1HP-β-CD的1%氢化可的松滴眼液与混悬液相比,药物在房水、角膜、虹膜和巩膜中的生物利用度都增加,其中,在角膜和房水中分别增加约75%和55%。Siefert等体内试验表明,含12.5%HP-β-CD的0.04%沙利度胺滴眼液与0.04%的沙利度胺混悬液相比,沙利度胺在房水中的生物利用度显著增加,30和60min时房水中沙利度胺浓度比分别为4.6:1和3.1:1,而后者在虹膜-睫状体中沙利度胺浓度高于前者,60min时两者沙利度胺浓度比为1.6:1。在角膜、结膜、玻璃体和巩膜中两者无显著性差异(P>0.05)。刘志东等进行的依诺沙星离体角膜扩散实验表明,分别含13,26和39mmol·L-1HP-β-CD依诺沙星滴眼液的表观渗透系数与对照组(依诺沙星滴眼液)相比显著性增加(P<0.01),26mmol·L-1HP-β-CD使依诺沙星的表观渗透系数达到最大,是对照组的3.58倍;52和78mmol·L-1HP-β-CD组表观渗透系数与对照组相比无显著性差异(P>0.05),显示HP-β-CD浓度与依诺沙星的表观渗透系数之间没有线性关系。Knapp等研究表明给予1%霉酚酸酯(MMF)/10%HP-β-CD包合物后,与给予1%MMF混悬液相比,60min时家兔房水中原形药霉酚酸(MPA)的浓度增加了4.3倍,在角膜、巩膜和结膜中MPA的浓度也显著增加。Tirucherai等研究发现,5%HP-β-CD只使脂溶性最大的前体药物更昔洛韦二丁酸盐的角膜透过率增加(与不含HP-β-CD的前体药物组相比,增大了2.5倍),其他更昔洛韦前体药物角膜透过率都没明显的提高。实验还发现在供给池中搅拌能很大程度地改善更昔洛韦二丁酸盐的角膜透过率,提示角膜表面静止的水性液层是更昔洛韦二丁酸盐的透过屏障,HP-β-CD通过将其包合溶解,再透过角膜表面的黏蛋白层,而使透过率增加。Liu等以HP-β-CD为角膜渗透促进剂研究了依诺沙星的羟丙基甲基纤维素眼用凝胶的缓释性能。结果表明,此眼用凝胶在体外可以缓释8h以上,在体内可缓释7h,与依诺沙星普通滴眼液相比,表现出较好的缓释性能。Juntunen等以HP-β-CD为增溶剂研究了3种大麻素类化合物(arachidonylethanolamide,R-methanandamide,noladinether)和它们相应水溶性磷酸酯前体药物的离体兔角膜透过性。结果表明,磷酸酯前体药物的跨膜流量只有其相应母体化合物的45%～70%。渗透过程中,磷酸酯基团在角膜表面将会水解,释放出的亲脂性母体化合物将会进一步渗透通过角膜。尽管磷酸酯前体药物的跨膜流量低于相应的以HP-β-CD增溶的母体化合物,但明显高于相应不含HP-β-CD以混悬液形式给药的母体化合物。4双毛果芸香酸二酯类化合物通常滴眼液中药物都需给予较高的浓度,再加上一些药物本身就有一定的刺激性,因此,对眼组织极易产生刺激性成为眼部给药制剂的普遍缺点。HP-β-CD可以减少眼用制剂的眼部刺激性,方式主要有以下几种:①通过对刺激性药物的包合作用,而掩盖其刺激性。②置换掉对眼组织具刺激性的辅料。③通过增加药物的角膜透过率,提高药物的生物利用度,降低药物的使用浓度,而减少高浓度药物产生的刺激。双毛果芸香酸二酯是毛果芸香碱的亲脂性前体药物,能显著增加毛果芸香碱的眼部生物利用度,但滴入眼内能立即产生很强的刺激性。Suhonen等将双毛果芸香酸二酯分别用5%,10%和15%的HP-β-CD包合,对其进行刺激性评价。结果表明,15%HP-β-CD包合物滴眼液的刺激性等同于市售毛果芸香碱滴眼液的水平。Saarinen-Savolainen等以兔红细胞溶血模型和钙黄绿素脂质体释放模型考察了双毛果芸香酸二酯对脂质双分子膜的扰乱,以评价其眼部刺激性。结果显示,双毛果芸香酸二酯以1:1,1:2(物质的量比)的HP-β-CD包合和4取代磺基丁基醚-β-环糊精(SBE4-β-CD)以1:1(物质的量比)包合均减小其表面活性。包合物的溶血活性和脂质体扰乱作用与未包合前相比分别减少1/3～1/10和1/4～1/15,保护作用的大小取决于包合物的表观包合常数大小,说明亲水性的CD衍生物能减少双毛果芸香酸二酯的刺激性。Knapp等研究表明1%MMF-10%HP-β-CD没有眼部刺激,而1%MMF混悬液导致一定的结膜炎。5细胞毒性和代谢途径Javitt等给家兔滴含HP-β-CD高达45%(w/v)的滴眼液,未见对眼组织有刺激性。Loftsson等给受试者眼部每次1滴含HP-β-CD为18%的滴眼液,tid,持续共28d,发现人眼对HP-β-CD有很好的耐受性。Saarinen-Savolainen等报道了不同的CDs[HP-β-CD,7取代磺基丁基醚-β-环糊精(SBE7-β-CD)、二甲基-β-环糊精(DM-β-CD)、α-环糊精(α-CD)、β-CD和γ-环糊精(γ-CD)]和眼用辅料对人眼上皮细胞的细胞毒性。结果显示,细胞毒性的排列顺序为:α-CD>DM-β-CD>SBE7-β-CD≈HP-β-CD>γ-CD(由于弱的水溶性,β-CD的测试受限制)。结果也表明在市售滴眼液中普遍使用的辅料苯扎氯铵的细胞毒性明显强于CDs。Jansen等采用裂隙灯活组织显微观察和扫描电镜观察研究了12.5%HP-β-CD及5%和12.5%的DM-β-CD对家兔角膜上皮细胞的影响。结果显示,5%和12.5%的DM-β-CD均对角膜上皮细胞有毒性,而12.5%的HP-β-CD未见细胞毒性。Freedman等用电生理学和扫描电镜研究表明,HP-β-CD没有扰乱正常的离子迁移电流和破坏角膜屏障或角膜上皮细胞的表面特征。Duncker等研究了HP-β-CD对猪角膜内皮细胞的影响,发现10%的HP-β-CD使细胞密度明显减小。在细胞形态评价方面,10%的HP-β-CD对细胞形态有较大的损伤,1%的HP-β-CD损伤较小,0.1%的HP-β-CD损伤程度与对照组(标准培养基)相当。在HP-β-CD的代谢途径及代谢物毒性方面,实验研究表明,对于狗和家兔,给药途径不同,主要的代谢途径也不同:HP-β-CD口服给药主要通过粪便排泄,而静脉注射给药主要通过肾脏排泄。而对于人体,主要是通过肾脏排泄。对人体的不良反应仅可能引起腹泻,而对肾脏功能无毒性损害。但对HP-β-CD通过眼部给药的代谢途径及代谢物的毒性作者还未见相关报道,有待进一步研究。6脂溶性药物的生物利用度HP-β-CD在眼部给药中存在诸多优点的同时也存在一些局限性,由于通常人的泪液只