中药制剂与纳米技术

1、中药制剂与纳米技术 DOC91前言 中医药学是我国传统优秀文化的珍宝，为中华民族的生存与繁育 作出 了不可磨灭的奉献。然而，由于各种缘故，中药的进展严峻地滞后于时 代 的进展，中药现代化已取得共识。我国参加 WTO 后，对知识产权的保护 将 逐步与国际接轨， 药物研究转向以独立自主开发为主的新的历史时期。 中 药 作为我国的特色，在人才、资源等方面均拥有明显的优势。如何将各种高新技术及时地引入现代中药研究，充分发挥中药在临床治疗上的优势，提升我国中药产业综合技术水平、增强国际竟争力在当前形势下显得尤为 紧迫。纳 米技术应用于中药制剂确实是实现中药现代化的途径之一纳米载药系统具有药物可控性、缓释

2、性和靶向性，可提升药物的生物利用度、降低用药量、减少药物毒副作用，故已成为国际药物研制中的热点和前沿。纳米载药系统要紧采纳聚合物纳米粒、固体脂质纳米粒、脂质体和微乳等载药系统。利用纳米载药系统的优势，开发中药纳米新制剂，可望解决中药剂型存在的某些咨询题。中药作用的物质根底来自于中药中的活性成分，这些化学成分可能是 某 单一化合物 即有效成份 ，也有可能是所提取的某一有效部位或有效部位 群， 有些中药甚至以全药入药。关于从中药中提取的单一有效成份如紫杉 醇、喜 树碱等而言，其纳米化制备类似于合成药，因而其研究在技术上相 对较易实 现。纳米载药系统在这方面的应用已有一些报道，目前这类药物 已有多种

3、制 剂进入临床研究时期。从目前的情形来看，能够大量获得单一 有效成份的中 药并不多，这就意味着纳米载药系统在这一层次上的应用受 到一定限制。中 药有效部位为要紧活性成份的制剂占有相当比例，这一方 面表达了中药多成 份、多靶点的特点，同时具有原料较有效成份容易获得， 本钱相对低廉的特 点。因此，以有效部位作为纳米载药系统在中药研究中 的切入点无疑具有更 现实的意义。关于中药有效部位，由于其组成的多样 性其纳米化制备是较复 杂的，要研究的咨询题还专门多。利用其结构或性 质相近的特点选择适当的 辅料和工艺，使其多组分同时实现纳米化，可能 是解决咨询题的途径之一。 关于中药 植物、动物和矿物 的全药，

4、由于组成 复杂且性质差异较大，实现纳米化的方法除超细粉碎以外有待进一步开发总之纳米技术应用于中药制剂还处于起步时期，但前景是专门好的。2纳米中药的制备2.1 超细粉碎粉碎是中药材加工最常用的方法之一。随着科学技术的进步， 新的粉碎机械持续涌现，粉碎所能到达的粒度越来越小，使中药粉末的粒度 由细粉的尺度10 pm1000何进入到超细粉的尺度 0.1TO pm。通过超细 粉碎的中药材，最直截了当的效应确实是由于外表积增大而导致的药物吸取增加，相应地生物利用度得到提升，服用剂量减小，资源的利用率提升。低浓度的砒霜 As2O3 对急性早幼粒白血病临床具有良好的作用， 但 其毒性不可无视。相比之下，雄黄

5、 As2O3 的毒性较低，可否将雄黄用于 抗 肿瘤，我们进行了系统工作，但尚未终止临床前研究。在此介绍一点初期的根底工作。我们用粉碎法制得了不同粒径的雄黄颗粒并以此进行了它们对诱导ECV-304 细胞凋亡的粒径效应。 1 细胞形状的观看说明：粒径在 100nm-1 50nm 的雄黄颗粒作用于细胞，显现明显的凋亡现象，而粒径较大的雄黄那么几乎观看不到此现象。2DNA 凝胶电泳结果与上述实验一致3流式细胞仪定量测定细胞凋亡率随粒径大小的变化结果为： 60.71± 6.5 100n m，47.78 ± 5.2 % 150nm , 7.71 ± 3.5 % 300nm ,

6、 5.78 ± 2.2 % 500nm 。还 有一些有关的生物效应实验在此不多述。最近我们进行了纳米雄黄与非纳米雄黄的系统的抑癌动物实验,两者的结果有明显差异。然而,超细粉碎在中药研究中的应用还存在一些咨询题,第一,中药材的超细粉碎尽管能使原料的粒径到达 0.1pm10pm 的超细尺度,但大部 是分 布 1pm10pm 左右。如何批量、稳固、经济地获得0.1pm1pm 的细粉是一个尚待研究的技术咨询题。其次,通过超细粉碎后原料的粒子具有较高外表能,极易产生团圆现象,化学不稳固性增加。如何克服团圆,使中药材的超细粉能够稳固地用于后续的制剂,是我们所面临的另一课题。另外,相当一局部中药材

7、中含有许多无效成分,如植物中的纤维素、鞣质等,对这些物质的超细粉碎明显是没有意义的,用什么样的原料进行超细粉碎,是全药、有效部位依旧有效成份？关于以全药入药的中药,超细粉碎具有广泛的应用价值，而关于中药有效部位和有效成份，可按照需要既 可采纳超细粉碎技术， 也可采纳其它较超细粉碎更有效的技术如聚合物纳 米粒、脂质体、微乳等方 法对事实上现纳米化处理。2.2 分子凝胶近年来，人们觉察某些小分子有机化合物能在专门低的浓度下甚至低于1 Wt%使大多数有机溶剂凝胶化，使整个体系形成类似粘弹性液体或固体的物质，称为分子凝胶或有机凝胶 。这类小分子有机化合物被称为凝 胶因 子 gelators 。我们药物

8、所近年来在这一领域的研究中取得了较好的成绩，所研制的凝胶因子不仅是许多有机溶剂凝胶化，还能使水凝胶化。有关成果已申请了发明专利。分子凝胶表现出的物理化学性质，如能够形成胶束、结晶、分子集合、 自 组装、分子识不等，故引起人们的极大关注。其制备方法较简单，将凝胶因子在有机溶剂或水中加热溶解，再冷却至室温。在冷却过程中，凝胶因子在溶剂中通过氢键力、 静电力、疏水力以及 n n相互作用等凝胶化的 驱动力， 自发地集合、组装成有序高级结构见图 1 左、中，由溶胶转变 为凝胶。 形成三维网络体系，并使液体组分静止。所形成的有序高级结构是一类超分子结构，可作为分子平台，包囊、螯合客体分子。研究这种超 分子

9、作用关于 研究催化与底物，蛋白、遗传物质的转录、抗体与抗原的作 用等具有较大意 义。分子凝胶的三维网络体系在微观和介观尺寸结构上的多样性、 热可逆性、 对溶剂的化学敏锐性，使分子凝胶在许多应用领域中包括做中药载体具有宽敞前景。某些有机溶剂，如十六烷、十四酸异丙酯、玉米油等能够在凝 胶 因子的作用下发生凝胶化。制备过程是在60 C左右，将凝胶因子溶或分散 于有机溶剂中，先制得溶胶相，然后冷却得到凝胶相。这种有机的分子凝胶也能够与某些含有亲水性药物的水相结合，形成一种油包水 W/0 的分子凝胶。可作为亲水性药物 /疫苗的传递载体。 也能够与某些复合的水相悬浮液，即由外表活性剂形成的胶体微囊悬浮液结

10、合，形成一种多组份体系。相比简单的油包水 W/O 微乳体系来讲， 具有 如下优点：保护某些蛋白类药物在服用后不被酶解，所包裹的药物可实现缓释。这种胶体微囊悬浮液体系被称为 Niosome non-ionic surfac tant vesicle ，能够包裹亲水性和疏水性药物见图 1右2.3 固体脂质纳米粒固体脂质纳米粒 SLN 是由固体脂质制备的粒径在 50nm1000nm 的纳 米载药系统。 SLN 常温下为固态，非毒性的外表活性剂如泊洛沙姆、卵 磷脂 等可用来稳固其结构。可采纳已成熟的高压乳匀法进行制备，该工艺适用于工业化生产。另外，这种方法不使用有机溶剂，能够幸免因有机溶剂残留而导致的

11、潜在毒性。同时， SLN 还具有药物控释和靶向特性，较高 的载药量， 改善药物的稳固性等优点。用于SLN 制备的类脂材料有各种饱和脂肪酸如硬脂酸、棕榈酸、癸酸及其三酰、或二酰、单酰甘油酯；表面活性剂有各种卵磷脂、泊洛沙姆系列、聚山梨醇酯、胆酸类、丁醇等。 S LN 的制备方法 有超声或高剪切乳匀法、高压乳匀法、溶剂乳化蒸发法、微雷公藤具有明显的抗炎、抗肿瘤及免疫调剂作用，在临床上得到广泛的应用，但其毒性较大。如何保持其药效而降低其毒性，是一个有待解决的、专门有意义的课题。我们研制了用于搽剂的雷公藤乙酸乙酯提取物的 SLN 。 所选用固体脂质，即载体材料具有生理相容性好无毒的特点，且熔点较低，?

12、55 C,有利于 SLN的制备。所选用的主外表活性剂具有两亲性， 对稳固固体脂质具有较好的作用， 且 对皮肤无刺激作用，同时具有良好的促渗透作用。所选用的助外表活性剂，无毒，使用平安，具有透皮促渗的功能。同时可增加了纳米粒外表的负电荷，使体系的 zeta 电位增大，体系稳固性增 加。雷公藤乙酸乙酯提取物的 SLN 的表征：纳米粒的平均粒径为 178.5nm ， 多分散指数为0.181。zeta电势为-60.52mv。电镜照片显示纳米粒多为圆球 形, 纳米粒的大小比拟平均。 pH 值为 7.0。SLN 的稳固性：以 5000rpm 速度离心 1h 未见沉淀析出。常温下可放置一年以上无变化SLN

13、的透皮试验结果：采纳直立式 Franz 扩散池，以离体小鼠皮进行 透 皮试验。透皮速率：以甲素计 0.022 pgh-1cm-2，而非纳米的相应值为0.0751h-1cm-2。二者有明显性差异。2.4 微乳微乳由油、水、外表活性剂和助外表活性剂四局部组成，是一种 粒径在 10nm100 nm 之间的乳滴分散在另一种液体中形成的各向同性的热力 学稳固的胶体分散系统。外表活性剂的量一样至少在 10%以上。微乳液中同时存在水相和油相，具有良好的溶解性能，既能溶解非极性的疏水性药物，又能溶解极性的亲水性药物。按照油相和水相及乳化剂的性质和配比的不同，分不能形成油包水 W/0和水包油0/W两种微乳液形式

14、。因此，微乳作为纳米载药系统，能够增加难溶性药物的溶解度，增强水溶性药物的稳固性，毒性。理论 即可，从而幸 耐高温药物的降 肤渗透性，因而在所选用的油相，提升药物的生物利用度，同时使药物具有缓释功能，降低药物的 上讲微乳的制备不需要外力做功，在实际制备中只需常规搅拌 免了像高速搅拌、高剪切及高温等剧烈的条件，有效防止不 解，并适合于工业化的制备。微乳具有较高的扩散性和皮 透皮吸取制剂的研究方面受到极大关注。我们研制了用于搽剂的雷公藤乙酸乙酯提取物的微乳。时兼有透皮促进剂的作用，对雷公藤乙酸乙酯提取物有较好的溶解作用，安全、无毒。微乳外观：为棕红色透亮液体，利用动态光散射法测量微乳的粒径，粒度均

15、在 50-80nm 之间。 pH 值： 6-7。稳固性试验：离心 3700rpm ，2 h ，未见分层。常温下放置半年无变化。Franz 扩散池，以离体小鼠皮进行透皮试验0.014 pg - h-1 - cm-2。据文献报道：雷公 藤0.00803旧h-1cm-2，看出纳米与非纳透皮试验结果：采纳直立式平均透皮速率为：以甲素计 巴布剂的离体小鼠皮的渗透率为 米有明显性差异。2.5 固体分散体 固体分散体是指运用固体分散技术将药物高度分散于惰 性的载体中，形成一种以固体形式存在的分散体。药物在载体中以分子集合 体、微 晶或无定形形式存在，粒径可到达 1nm100nm 。固体分散技术可明显 增加

16、难溶性药物的溶出，提升其生物利用度。近年来，随着高分子材料科学的进展，具有各种功能的辅料被用于固 体 分散技术中，其应用领域得到专门大的拓展。灯盏花素是治疗脑堵塞、 缺血性心脏病的有效中药。 但现有制剂有缺 点： 片剂的生物利用度低，而注射剂那么给药不方便。我们期望用纳米固体 分散技 术为手段，提升其口服制剂的生物利用度。由于灯盏花素是难溶性药物，应选用水溶性高分子载体，使其溶出率 提 升。这种灯盏花素分散体与原有的片剂相比能明显增加家兔的脑血氧含量，P<0.05 。与原有片剂、阿司匹林片相比，灯盏花素固体分散体对正常家兔的血小板集合具有更强的抑制成效， p<0.05 。通过用 H

17、PLC 测定大鼠的血 药浓 度，以观测其生物利用度。结果说明灯盏花素固体分散体的血药浓度与原有片剂相比有明显提升，结果使生物利用度提升近 1 倍以上。3纳米中药性质的表征3.1 纳米粒子的粒度及粒度分布 纳米粒子的粒度及粒度分布检测方法有 光子有关光谱法 PCS、 透射电镜 TEM 、 STEM 、 AEM 、 HREM 等、 扫描探针显微技术 SPM 包括 STM 、FIM 、MFM 等。现以光子有关光谱 法为例作简单介绍。图1是PCS样品的粒度累积分析法分布曲线。 图中Eff. Diam. Eff ective Diameter ，有效粒径，即指所测纳米粒子的光强平均径 dPCS ； Po

18、lydis presity 多分散性指数，指粒径分布中 的 非平均量，对单分散粒子 Polydi spresity=0.0000.020 ，对窄分布粒子 Polydispresity=0.0200.080 ，对宽分布 粒 子 Polydispresity > 0.080 ；Lognormal 对数正态分布； MSD Mult imodal Size Distribution ，指用非负约束最小二乘法 NNLS 得到的多峰 分布； Gd频率值；C d累积值。图中其余标记或能一目了然，或是仪器参数，在此不再赘述。从图 2 可看出，纳米粒子呈标准的对数正态分布，按累积分析法测得的有效粒径 dP

19、CS CA =69.1nm ， Polydispresity 值等于 0.212。3.2 纳米粒子的稳固性外表电性能检测 所有纳米粒子在液体介质中差 不多上带有电荷的。一样有五种带电方式： 离子浓度差； 颗粒外表基团直截了当电离； 溶液中同类离子 间的替换； 颗粒外表的选择吸附； 颗粒晶体自身的各向异性。因粒子外表带电，因此通过静电库仑力和其它引力将一些反号的离子紧密吸附，构成紧密层。由其它引力导致的吸附为特性吸附，它局部地带有价键的性质。在紧密层以外的范畴内，溶液中的正负离子由于其与颗粒间的静电斥力和热运动这两种相反作用抗衡的结果，出现出一定的位置分布，那个范畴称作扩散层。紧密层与扩散层构成

20、了双电层，两者间的界面称为斯特恩Stern 层。颗粒外表所吸附的水分子膜与紧密层离子的水化 分子又构成了 固定层，固定层以外的范畴称为可动层， 固定层与可动层的 界面称为切动面。 切动面位置有关于液体介质本体处的电位差称为动电位或E Zeta 电位。颗粒带着其固定层运动，故它运动时所表现的是E电 位，各颗粒都带同号的动电位。当颗粒的E电位最大时，颗粒的双电层表现为最大斥力，使颗粒分散；当颗粒的 E 电位为零时等电点，颗粒间 的吸引力要紧是范德华力和库仑力大于双电层之间的排斥力，颗粒团 圆而沉降。3.3 纳米粒子外表成分检测 粒子细化后，其许多性质如光学、电学、磁学、 热学、机械、化学活 动性等

21、性质都发生了庞大的变化。究其缘故，是由于粒 子外表组分或结构 发生了变化，有可能某种成份会在外表富集起来，或晶体 中原子的周期性 排列在外表突然中断，因此在外表显现了所谓重构和弛豫现 象，或外表原 子的电子结构不同于体内原子的电子结构。电子、离子、中子、光子等，以及热、声、磁场和电场外表相互作用后发出电子、离子、中子和光子之中的一种或数种。这些出射粒子携带着有关外表信息离开外表而被相应探测器所接收，因此得到各种相应的图谱。通过分析这些出射粒子的种类、数目，以及它们的空间分布和能量分布等，就可测出粒子的外表组成。X射线光电子能谱X-ray Power Spectroscopy , XPS又称为电

22、子能 谱 化学分析Electron Spectroscopy for Chemical Analysis , ESCA，其检测原 理是： X 射线作用于样品外表而激发出光电子 按照能量不同，各轨 道的电子都有可能激发成光电子 ) ，将被激发出的光电子按其能量 (结合能 或动能 )进 行全扫描，就得到 X 射线光电子能谱。4纳米中药的药效及药代动力学4.1 概述 众所周知，药效学和药物代谢动力学特点除与药物本身的化学结 构、 理化性质等有关外，药物剂型也是重要阻碍因素之一。因此应用新技术 进 行载药系统及药物新剂型的研究与开发，能够定向改变药物的效应及药代 动力学特点，从而到达提升药物疗效、降低

23、药物不良反响、减少药源性疾 病、 更好地满足临床需要的目的。纳米技术是 21 世纪科学技术进展的前沿技术之一，纳米技术应用于药 物 制剂研究得到的纳米药物与原药物相比，有可能改变药物在体内的吸取、 分 布、代谢及排泄。4.2 纳米中药的药效学 纳米粒子作为药物载体， 能够使药物浓集于靶部位， 在增强药物疗效 的同时，减小用药剂量，减轻药物不良反响。从紫杉树皮中别离得到的天然产物紫杉醇 ( taxol ) ，是一种具有专门结 构 和专门作用机制的抗肿瘤药物。然而 taxol 难溶于水，传统制剂中多采纳 聚氯 乙酰蓖麻油和乙醇助溶， 而这些赋形剂可引起过敏、 血管刺激及心脏 毒性等， 因此需要改良

24、 taxol 的剂型，增强其细胞毒活性，减轻毒副作用。 将 taxol 包 封于粒径 50nm60nm 的聚乙烯吡咯烷酮 ( polyvinylpyrrolidone, PVP ) 纳米粒， 给予移植有 B16F10 鼠黑色素瘤的 C57B1/6 小鼠后，肿瘤体 积明显减小，动其毒性均为 taxol 注物存活时刻延长， taxol 纳米粒的抗肿瘤活性明显强于等剂 量的游离型 taxol ， 提示 taxol 包封于聚合物纳米粒能够有效地提升其对实体 瘤的临床疗效。对taxol 药质体的毒性研究说明， 不管是腹腔依旧静脉注射， 此看出纳米制剂药效区不于非纳米制剂、成效明显射剂的 1/10 左右；

25、药效学研究觉察，taxol 药质体与注射剂的疗效相当。由4.3 纳米中药的吸取和生物利用度(1)纳米中药的吸取 吸取是指药物自用药部位进入血液循环的过程，多 数药物通过被动转 运吸取，少数药物经主动转运吸取。吸取过程受到药物自 身的性质、剂型 等多种因素的阻碍。药物吸取进入血液循环的相对量和速度 愈高，即生物 利用度提升，才有可能到达药物发挥疗效所需的血药浓度。然 而许多药物 由于难溶解、 不稳固或极性高等因素而吸取少， 生物利用度极低， 只能制 备成注射剂型经注射方式应用。纳米药物由于粒径小，外表积大，与 生物 膜的粘着性提升，且对药物具有保护作用，因此有利于增加药物与肠壁 的 接触面积，

26、延长接触时刻， 保持药物活性， 有利于不稳固或不能吸取的药 物 经肠粘膜吸取进入体循环增加，从而提升药物的生物利用度。关于胃肠道摄取和吸取纳米粒的部位与机制，研究者们长期以来持有 不 同观点。但越来越多的资料显示，纳米颗粒口服后大量地被胃肠道(要 紧是 回肠)的派伊尔氏斑( Peyer's patches )的 M 细胞和肠上皮细胞摄取， 也可 通过细胞旁路途径或小肠粘膜细胞的胞饮而被吸取。除以完整纳米颗 粒被吸 取的形式之外，纳米粒还可通过与膜相互作用促进药物吸取，而粒 子并不被 转运过膜。纳米粒被吸取的过程受到许多因素的阻碍， 例如粒子的粒径和外表性 质、 给药量、生理因素等。对纳

27、米粒进行外表修饰能促进粒子的吸取。( 2)纳米药物的靶向分布 长期以来，人们一直努力寻求有效方法，使药 物能够高选择性分布于 其作用靶部位，以增强疗效，降低药物不良反响。药 学工作者在此领域已 进行了大量的尝试，获得许多药物靶向输送的方法，包 括化学方法、生物 方法以及物理化学方法。纳米技术在药学领域的应用使药物靶向输送研究获得突破性进 展。 载药纳米颗粒在体内可通过被动靶向、主动靶向、物理靶向等方式高 选择性 分布于特定的器官、组织、细胞，甚至细胞内结构，改变原型药物的体内分布特点。被动靶向：纳米粒进入血液循环后，要紧被网状内皮系统 ( RES) 吞 噬而被动靶向于 RES。 RES包括肝、

28、脾、肺和骨髓等组织，具有丰富的吞噬细胞，这些细胞广泛分布于体内，或固定于局部组织，或在周身组织 内游动， 在去除血管中粒状异物方面发挥着要紧作用。纳米粒进入循环后经调理作用( opsonization ) ，即被血浆蛋白、糖蛋白等多种成分吸附，进而被 RES ，专门是肝脏的 Kupffer 细胞特异识不并作为异物而吞噬。纳米粒被捕捉吞噬的过程受到粒子的粒径大小和外表性质的阻碍。当粒径足够小 ( 100nm150nm ) ，外表带疏水基团时， 纳米粒可专门快自血液 去除，而当颗粒外表带亲水基团时，那么被 Kupffer 细胞摄取的过程延缓。另 外，粒径 大小不同，纳米粒在体内的选择性分布亦不同。

29、在静脉给药后， 一样粒径小 于 50nm 的微粒可透过肝内皮细胞， 通过淋巴循环到达脾、 骨髓 及肿瘤组 织等处； 100nm200nm 之间的微粒被 RES 的吞噬细胞内吞， 进入 肝星形 细胞，要紧分布于肝、脾中，也有少量被骨髓吸取；大于 1000nm 的 微粒那么 被第一毛细血管网摄取，或被肺内毛细血管机械性截留而被动靶向 于肺。主动靶向：许多情形下，疾病的病灶部位并不在 RES 系统，药物 需 躲避 RES 的摄取而靶向分布于非 RES 器官，这可通过对粒子进行外表修 饰 以抑制 RES 对纳米粒的吞噬，延长体内循环时刻，从而主动靶向于特定 的器 官、组织或细胞。喜树碱 ( camptothecin, CA ) 是从我国喜树中提取的有抗癌活性的生物碱。采纳热融分散技术制备了 CA 固体脂质纳米粒 ( CN-SLN ) 并经 P oloxamer188