水難溶性藥物納米晶體的制備及性質研究

水難溶性藥物納米晶體的制備及性質研究

數(shù)據(jù)表明，40%60%的藥物或化合物在高相量篩選中的濃度較低，因此在發(fā)現(xiàn)階段無法達到口服吸收的治療濃度。近年來研究者們采取了各種提高水難溶性藥物溶解度的方法,例如成鹽,環(huán)糊精包合,固體分散體或自微乳化體系。這些方法存在著:使用大量基質材料作為載體,載藥量低,不具有廣泛適用性等問題。藥物納米晶體技術(drugnanocrystals)是指將微米級的藥物顆粒通過研磨分散或沉淀結晶,使粒徑減小到亞微米級(100~1000nm)甚至毫微米級(1~100nm),并在穩(wěn)定劑的作用下穩(wěn)定存在。根據(jù)Noyes-Whitney方程,減小粒徑意味著比表面積增加和擴散層厚度降低,從而加快溶出。此外,比表面積增大,利于增加藥物與腸壁的接觸面積,延長接觸時間,可使藥物在靶部位充分有效的吸收,提高生物利用度。1納米晶體的“發(fā)現(xiàn)”和“研磨”技術制備方法一般可分為兩類:從分子態(tài)沉淀結晶形成藥物納米晶體的“Buttomup”技術和通過機械研磨的方式將微米級的母體藥物顆粒粒徑減小至亞微米級或毫微米級的“Topdown”技術。1.1“博茨馬克”技術1.1.1其他影響因素溶劑反溶劑沉淀法是指母體藥物首先在良溶劑中形成飽和溶液,迅速注入不良溶劑達到過飽和狀態(tài)而引起藥物自發(fā)結晶成核。在制備過程中溫度和過飽和態(tài)是影響藥物納米晶體制劑晶核大小和粒徑均勻程度的主要因素。低溫產生小結晶顆粒,易達到過飽和狀態(tài);并且抑制晶核生長。其他影響因素還包括:攪拌速度,溶劑/反溶劑體積比和藥物在良溶劑中的濃度等。Xia等利用超聲沉淀法,在穩(wěn)定劑聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)質量濃度為1.5g·L-1,藥物質量濃度為30.0g·L-1,超聲功率和時間分別為400W和15min的條件下,制備粒徑在209nm左右的硝苯地平納米晶體,其體外溶出度顯著高于市售片劑,體內藥動學分析結果表明硝苯地平納米晶制劑比市售制劑的達峰濃度和藥時曲線下面積分別提高了6.1倍和5.0倍(圖1)。沉淀法所制備的納米晶制劑粒徑較難控制,易產生Ostwald熟化和晶核生長等不穩(wěn)定現(xiàn)象。Baxter公司的Nanoedge●技術,先用沉淀法制備藥物初混懸劑,后經(jīng)高壓勻質化得到粒徑大小合適粒徑分布均勻的納米晶制劑。1.1.2高效的微織構技術利用超臨界流體優(yōu)良的理化性質制備藥物納米晶體已成為近二十年來非常熱門的方向。首先,所選用的流體臨界溫度接近室溫(例如CO2的臨界溫度為304.2K,臨界壓力7.38MPa),從而提高了操作安全性且產品不易因高溫降解。其次,超臨界流體相比于傳統(tǒng)溶劑無毒,可重復利用,價格低廉,不產生溶劑殘留問題。此外,超臨界流體兼具氣相與液相之特性:具有低黏度,低表面張力,高擴散系數(shù)及密度可隨溫度和壓力變化而變化等優(yōu)點。超臨界流體技術根據(jù)流體在結晶過程中所起作用主要分成兩類:超臨界流體的快速膨脹技術(rapidexpansionofsupercriticalsolution,RESS)和超臨界流反溶劑技術(supercriticalantisolvent,SAS)。在RESS過程中,CO2作為溶劑或是溶質的載體。被藥物飽和的超臨界流體在擴散單元內密度急劇減小,高過飽和度狀態(tài)使晶核大量析出,在高速噴出流體的機械擾動影響下得到超細微粒。藥物顆粒大小和粒度分布主要取決于擴散前藥物濃度(萃取單元溫度和壓力)和RESS的工藝條件(例如,噴嘴直徑和形狀,擴散單元溫度和壓力)等。RESS技術簡單且成本較低,但因大多數(shù)藥物在超臨界流體CO2中的溶解度低,很難應用到實際生產中。此外,由于藥物自身的黏附,最終產品易聚集成大粒子。RESS-SC法通過加入乙醇,丙酮等固體夾帶劑,能夠提高藥物溶解度并調節(jié)粒子間相互作用。Thakur等利用薄荷腦作為夾帶劑使苯妥英在CO2中的溶解度提高了400倍,在1.96×104kPa和45℃工藝條件下得到終產品平均粒徑為75nm。SAS技術將超臨界流體作為反溶劑可以與被藥物飽和的良溶劑混溶。藥物在混合溶劑中溶解度驟降,形成過飽和態(tài)并迅速析出藥物超細微粒收入袋式過濾器中。含CO2和有機溶劑的流體被過濾,減壓分離。溶劑被回收,CO2被排放或循環(huán)利用。影響粒徑大小和粒度分布的工藝參數(shù)包括了反溶劑的加入速度,操作溫度和壓力及藥物在良溶劑中的濃度。其他由SAS過程衍生的技術還包括氣體抗溶劑結晶法(gasantisolvent,GAS),氣溶膠溶劑萃取法(aerosolsolventextractionsystem,ASES)、SCF提高溶液分散法(solutionenhanceddispersionbysupercriticalfluids,SEDS)等。SAS-EM(supercriticalanti-solventwithenhancedmasstransfer)法基于SAS過程,在噴嘴處加入超聲振動裝置,起到提高液滴和超臨界流體間的質量傳輸并減小液滴凝集的作用。Chattopadhyay等利用此法制備溶菌酶微粒,未超聲時藥物粒徑為1.2μm,隨著超聲功率從12W提高到90W,平均粒徑從730nm降低至190nm。1.2納米晶制劑的制備技術“Topdown”技術主要包括介質碾磨法(mediamilling)和高壓勻質法(homogenization)。介質碾磨法,亦稱為球磨法,是將藥物初混懸液和碾磨介質(常見為氧化鋯,交聯(lián)聚苯乙烯樹脂)裝入帶有葉輪的容器中共研磨。影響產品質量的工藝參數(shù)包括了藥物含量,碾磨介質用量,碾磨速度和溫度等。Aini-Ai等利用介質碾磨法制備萘普生納米晶體,當藥物的質量濃度為100g·L-1時,采用10g·L-1羥丙纖維素(hyprolose,HPC)可得粒徑在400nm處的萘普生納米晶體,當藥物的質量濃度提高至300g·L-1時,聯(lián)用10g·L-1羥丙纖維素(hyprolose,HPC)和12g·L-1鹽酸精氨酸或使用4g·L-1羥丙纖維素(hyprolose,HPC)才能制得穩(wěn)定的納米晶制劑。介質碾磨法最早被Liversidge提出,他以聚維酮(povidone,PVP)為穩(wěn)定劑,利用此法制備了達那唑納米晶體(粒徑為169nm)與傳統(tǒng)混懸劑相比,絕對生物利用度從5.1%提高到82.3%。20世紀90年代初,NanoSystem公司(現(xiàn)為Elan公司)首先申請專利,將介質碾磨法用于藥物納米晶體的制備,稱為Nanocrystal●技術。介質碾磨法操作簡單,易于大批量生產。目前,該技術發(fā)展較為成熟,已有4種利用此技術生產的新藥在美國上市(如表1所示)。但其存在的最大問題為因碾磨介質腐蝕而產生的產品污染,因此不適用于注射途徑給藥及用于治療慢性疾病藥物的制備。此外,球磨法耗時,一個生產周期可長達幾小時至幾天。90年代初,隨著Disscocube●技術出現(xiàn),高壓勻質法被廣泛應用于制藥工業(yè)領域。它包括微射流法(microfluidisation)和活塞-狹縫式勻漿法(piston-gaphomogenination)?；钊?狹縫式勻漿法是將藥物粗混懸液導入可調縫隙的勻質閥中,由于孔道半徑的變化,物料瞬間失壓以極高流速噴出,撞擊在閥組件之一的碰撞環(huán)上,產生剪切、撞擊和空穴三種效應。活塞-狹縫式勻漿法包括以水為溶媒的Disscocube●(SkyePharma公司)和用于非水溶媒的Nanopure●(PharmaSolGmbH公司)。在此過程中,重要的工藝參數(shù)包括壓力,溫度和勻質化次數(shù)。實驗室所使用的高壓勻質機壓力通?？蛇_1.0×105kPa。提高操作壓力能夠加大靜態(tài)壓的改變幅度,從而產生更大的空穴效應使粒子得到較好的分散。然而粒徑減小和操作壓力增加并不存在直接的線性關系。實驗表明當壓力高達4.0×105kPa時,繼續(xù)加壓對粒徑的減小影響甚微。Muller等利用動態(tài)光散射和激光散射技術考察偶氮甲酰胺(azodicarbonamide,ADA)粒徑大小和勻質化次數(shù)的關系。結果顯示ADA顆粒在勻質化5次之后平均粒徑幾乎保持不變。而D90和D95在循環(huán)15~20次之后才達到最小值。這說明首5次循環(huán)主要使藥物粒徑整體水平減小,而額外的勻質化次數(shù)主要作用于剩余大粒子,從而獲得粒徑范圍窄的納米晶制劑。此外,藥物顆粒的硬度也是影響勻質化效果的因素,對于硬度較低的紫杉醇,在1.5×105kPa壓力下循環(huán)10~20次,粒徑可達250nm,而兩性霉素B、伊曲康唑等在同等條件下得到納米晶粒徑在500nm左右。2添加劑的作用、原理和選擇2.1合理穩(wěn)定的引力條件藥物顆粒粒徑減小和高度分散意味著巨大的表面張力和自由能增量。在經(jīng)典的DLVO理論中,總勢能(Vtot)為引力勢能(VA)和斥力勢能(VR)的加和,如圖2所示。引力勢能通常由范德華力提供并隨著粒子間的相互靠近顯著增加。在此引力勢能作用下藥物納米晶顆粒容易跨過能壘(energeticbarrier)產生聚集。選擇合適穩(wěn)定劑能提供靜電斥力及溶劑化作用,提高納米晶制劑的物理穩(wěn)定性。溶劑化作用原理難用DLVO理論解釋,但可以認為當粒子相互靠近,吸附于顆粒表面的高分子濃集,導致局部滲透壓升高,提高阻礙聚集的能壘。2.2納米清導劑為藥物顆粒表面穩(wěn)定破乳劑根據(jù)穩(wěn)定劑的作用原理將穩(wěn)定劑大致分為:電效應類穩(wěn)定劑和空間效應類穩(wěn)定劑。盡管潛在的穩(wěn)定劑總類繁多,但常應用于藥物納米晶體制備的卻不多。穩(wěn)定劑的選擇可借鑒以下原則:首先,穩(wěn)定劑對藥物顆粒表面親和力高。典型空間效應穩(wěn)定劑聚維酮(povidone,PVP),泊洛沙姆407(poloxamer407,F127),羥丙甲纖維素(hypromellose,HPMC)帶有大量疏水集團,能充分且牢固地吸附于粒子的疏水表面,而陰離子表面活性劑通常能遷移至固液兩相間,提供電屏障。其次,粘度低的穩(wěn)定劑擴散速率高,能迅速分布在晶核表面阻礙晶核聚集生長。當穩(wěn)定劑用量充足,藥物顆粒表面被充分覆蓋。但穩(wěn)定劑用量超過其臨界膠束濃度時,自身形成膠微粒爭奪藥物顆粒表面的同類分子,從而降低對藥物納米晶體的保護作用。此外,穩(wěn)定劑用量過大還將引起系統(tǒng)毒性產生安全問題。在僅有離子型表面活性劑的納米混懸劑中加入中性空間效應穩(wěn)定劑增強了前者對于藥物晶體更緊密的包裹作用。這是因為吸附于藥物結晶表面的電效應類穩(wěn)定劑具有自身排斥現(xiàn)象,而高分子化合物的介入恰好能減弱這種效應,從而提高離子型表面活性劑在藥物結晶表面的覆蓋率。3藥物納米晶體的性能3.1動態(tài)光散射法粒徑大小和粒度分布是衡量納米晶體制劑質量的重要指標之一,影響載藥量、物理穩(wěn)定性及體內分布和靶向性等。因此,通過測定粒徑大小和粒度分布對獲得的藥物納米晶體進行質量評價。目前,動態(tài)光散射技術(dynamiclightscattering)常用于測定平均粒徑并提供多分散性指數(shù)(polydispersityindex,PI),但其難以測定粒徑大于6μm的藥物顆粒。激光散射技術(laserdiffractometry,LD)測量范圍為50nm~80μm,提供D50(表示平均粒徑),D90和D99(反映存在的大顆粒粒徑)和PI等重要數(shù)據(jù)。然而,這兩種測定方法都無法提供粒徑大小的絕對值。通過激光散射法可獲得樣品的體積徑,而動態(tài)光散射技術是利用某一角度上光強漲落的快慢反映顆粒粒徑的大小。Keck等還發(fā)現(xiàn)在粒徑測定過程中納米晶粒子表面處于不斷溶解狀態(tài),導致測量值偏小。當待測樣品為飽和或近飽和態(tài)時能明顯減慢納米晶體顆粒的溶解速度,提高測量準確性。此外,聯(lián)合使用光學顯微術能夠觀察到納米晶體聚集現(xiàn)象,而這種聚集常常被激光粒度測定法所掩蓋,使測量值偏小。3.2在晶體結構分析中的應用藥物納米晶體的晶型影響著制劑的溶出速度,飽和溶解度和物理穩(wěn)定性等。熱分析法中的差示掃描量熱法(differentialscanningcalorimetry,DSC)和X射線衍射法(X-raydiffraction,XRD)常用于考察結晶性質。通過DSC技術獲得適當?shù)霓D晶條件,制備具有理想晶型的產品。此外,DSC還可用于高分子玻璃轉變溫度的測定和材料結晶度的測定。X射線衍射法的原理在于不同晶型具有不同的晶格排列,而不同晶格排列結構差異可以通過X射線衍射譜進行區(qū)別。3.3催化劑的動態(tài)表面荷電能評價液態(tài)藥物納米晶體制劑的物理穩(wěn)定性。表面荷電源于藥物自身電離或離子型表面活性劑吸附。在外加電場的作用下,粒子的流動性用電動遷移率[(mm·S-1)·(V·cm-1)-1]或Zeta電位表示。一般情況下,使用空間效應穩(wěn)定劑Zeta電位絕對值至少為20mV能獲得穩(wěn)定的納米晶體制劑,而使用電效應類穩(wěn)定劑此絕對值應至少為30mV。3.4tem和納米混懸劑掃描電鏡(scanningelectronmicroscope,SEM)或透射電鏡(transmissionelectronmicroscope,TEM)提供納米晶體的結晶形態(tài)。對許多水難溶性藥物而言,胃腸液內藥物的溶出速度為其吸收的首步和限速步驟。因此,通過溶出度和飽和溶解