新化合物的药物研发

新化合物的药物研发

近年来，高流量组合化学和高流量筛选的广泛应用极大地促进了新药物的开发，但新的化学物质往往存在较大的分辨率低和生物利用低问题。据估计,目前市场上销售的药物有40%以上属于难溶性药物。因此,如何提高难溶性药物的溶解度,进而改善生物利用度,是新药研发的一项重要工作。在开发难溶性药物注射剂时,常规的方法有成盐、调节pH、采用潜溶剂以及制成油溶性注射剂等。但对于一些溶解度极低(如<1µg/ml)的药物,即使综合运用以上方法,效果也往往不够理想,需要开发新型给药系统。图1为难溶性药物注射剂开发的一般流程。本文就难溶性药物注射给药系统的最新进展展开讨论。1比例自发的热法微乳(microemulsions)是由水相、油相和两亲性化合物按适当的比例自发形成的一种透明或半透明的、各向同性且热力学稳定的溶液体系,粒径常为10~100nm。微乳从结构上可分为水包油型、油包水型和双连续型。微乳作为药物的胶体性载体,在难溶性药物注射给药系统中具有独特的优势。1.1微乳的配制和溶解研究表明,微乳作为一种膨胀混合胶束,在其形成时,油相增溶到胶束的烃链核内部,增大了内核体积。如油相对药物的溶解性较好,将大大提高药物在微乳中的溶解度。Nornoo等分别制备了两种不含聚氧乙烯蓖麻油的紫杉醇微乳[分别为卵磷脂-正丁醇-乙酰化单甘油脂肪酸酯-水(20∶10∶68∶2)和单/双辛酸甘油酯-乙酰化单甘油脂肪酸酯-水(24∶74∶2)],结果显示所得微乳的粒径分别为111.5和110.3nm,载药量均为12mg/g,比紫杉醇在水中的溶解度(10.8µg/ml)提高1000倍以上,且与上市产品Taxol®相比,溶血等不良反应的发生率更低。全反式维甲酸(ATRA)是治疗急性早幼粒细胞白血病的首选药物,但由于溶解性差,口服吸收不规律,临床治疗效果欠佳。Hwang等制备了o/w型注射用微乳[ATRA-蛋黄卵磷脂-聚乙二醇二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(PEG-DSPE)-大豆油-水,0.3∶2.4∶0.6∶15∶81.7],载药量达(1.586±0.220)mg/ml,比ATRA在磷酸盐缓冲液中的溶解度提高了约25000倍,且稳定性比ATRA钠盐更高。1.2长春新碱与前药富营养液由于微乳的纳米级粒径,它可通过人体最小的毛细血管并穿过组织间隙,还可通过血脑屏障,从而实现肿瘤、脑或淋巴系统的被动靶向作用。长春新碱是从夹竹桃科植物长春花中分离得到的吲哚类生物碱,由于具有较强的神经系统毒性和局部刺激性,限制了临床应用。Wang等用聚乙二醇、磷脂和胆固醇作为乳化剂,含维生素E的油酸溶液作为油相,制备了长春新碱微乳注射液。结果显示,血液和肿瘤部位的AUC明显高于游离长春新碱,而心、脾、肝的AUC则明显低于游离长春新碱。表明微乳不但可通过靶向作用减少长春新碱的用量,还可减轻不良反应。1.3助乳化剂的用量在微乳处方研究中,首先应选择合适的乳化剂,这是确定处方组成的关键。其主要作用是降低表面张力,形成界面膜,并增加药物的溶解性。常采用非离子型表面活性剂或两性离子型表面活性剂,如聚乙二醇羟基硬脂酸酯(SolutolHS15)、泊洛沙姆(Poloxamer188)、聚氧乙烯蓖麻油和卵磷脂等。通常,仅通过加入乳化剂并不能使表面张力降至足够低以形成微乳,加入助乳化剂可以和乳化剂形成复合界面膜,降低乳化剂的相互排斥力,并调整乳化剂的亲水亲油平衡(HLB)值,使微乳易于形成。在注射用微乳中,常用的助乳化剂以短链醇居多,或直接以两种低毒乳化剂复配而成。油相分子的大小及链的长短对微乳的形成有较大影响。碳氢链过长的油相形成微乳较困难;链越短,有机相越易渗透至界面膜深处,微乳存在的范围就越大。但增加链长可提高油相的溶解性,所以在选择时应两者兼顾。在制备难溶性药物微乳时,选择合适的油相尤为重要,常用的油相有中链甘油三酸酯(MCT)、大豆油和油酸等。微乳是一种较理想的难溶性药物载体,但目前尚未在注射给药系统中广泛应用。主要原因是形成微乳需要较高浓度的乳化剂,一般为5%~30%,这增加了注射用微乳的毒性。因此,应着力寻找和开发更多高效低毒的乳化剂。2亚微乳的制备亚微乳(submicronemulsions)的粒径为100~1000nm,外观不透明,呈浑浊或乳状,属热力学不稳定体系。通常亚微乳也是由水相、油相和两亲性化合物组成。亚微乳作为给药载体,能提高药物溶解度,且具有一定的被动靶向作用。同时,由于亚微乳将药物包裹在油相中,乳化剂用量较低,因此能减少不良反应。蔡伟惠等考察了丙泊酚的静脉注射用亚微乳、聚氧乙烯蓖麻油胶束、微乳及混合胶束体系中游离药物浓度与体外溶血性的关系,结果显示亚微乳的溶血作用最低。亚微乳的粒径在普通乳剂(1~100µm)与微乳之间,因此稳定性也介于两者之间。与微乳的自发形成不同,亚微乳的制备需提供较强的机械分散力。但相对于微乳的乳化剂用量较高和乳剂的载药量较低,亚微乳作为难溶性药物注射给药载体的发展更为成熟。目前已上市的产品有地西泮(Diazemuls®)、丙泊酚(Diprivan®)、依托咪酯(Etomidate-Lipuro®)、前列腺素E1(Liple®)和棕榈酸地塞米松(Limethason®)等静脉注射用亚微乳。亚微乳的处方组成与微乳相似,但常使用复合乳化剂,以提高制剂稳定性。通常通过两步高压乳匀法制备亚微乳,即先将药物和(或)乳化剂溶于水相或油相中,在高速搅拌下制得粗乳,再经高压乳匀机乳化,并过滤除去粗乳滴及碎片,即得亚微乳。Müller等研发的SolEmuls®技术,系将难溶性药物以微粉或纳米晶体表面活性剂溶液的形式加入到空白乳剂中,经多次高压均质,得到含药亚微乳。该技术尤适合油水两相都难溶的药物,如卡马西平和两性霉素B。由于亚微乳属于热力学不稳定体系,在应用过程中面临贮存稳定性较差、灭菌后易出现破乳等问题。因此在制备时应适当加入油酸、胆酸盐等稳定剂。这些稳定剂属于半亲水、半亲油、表面活性不高的物质,能提高亚微乳ζ电位的绝对值,增加乳滴之间的排斥力,从而阻止乳滴聚集。也有研究通过冷冻干燥法或喷雾干燥法等将亚微乳制成干乳剂,所得干乳剂具有稳定性高、易于贮存和运输等优点。3释出活性物质前药(prodrug)是通过对母体药物进行化学修饰而得,在体内经酶或非酶作用,释出活性物质而产生药理作用。通常在体外无活性或活性较小,且由于结构上的修饰,能克服母体药物理化性质和药物动力学的缺点。为提高溶解度,将难溶性药物设计为前药的关键在于根据母体药物的化学结构,选择合适的引入基团。3.1磷酸酯类和丙泊酚利用前药原理提高难溶性药物溶解度的最常见方法是合成磷酸酯前药。磷酸酯具有一个高度离子化基团,可使前药在水中的溶解度大大高于母体药物。同时,磷酸酯在水溶液中稳定性较高,体内通过碱性磷酸酶的作用能迅速释出母体药物和无毒的磷酸。丙泊酚是一种麻醉剂,由于水中溶解度低,目前上市剂型为o/w型注射用乳剂,但存在稳定性差、注射部位疼痛及乳滴堵塞毛细血管等问题。如制成水溶性磷酸酯前药磷丙泊酚钠(fospropofoldisodium),则能克服以上缺点,临床研究显示出良好的耐受性。2008年12月,FDA批准该产品上市,用于成年人的诱导麻醉。3.2伊立替康elinizae在注射给药中,也常将难溶性药物设计成氨基酸及其衍生物前药。喜树碱是从珙桐科植物喜树中分离得到的生物碱,对消化道肿瘤、膀胱癌等恶性肿瘤有较好疗效,但水溶性较差。为解决水溶性问题,曾将其内酯环打开制成水溶性羟基酸钠盐,但活性只有喜树碱的1/10,临床应用受阻。伊立替康是喜树碱衍生物SN-38的水溶性甘氨酸衍生物前药,以一个环状叔胺基作为增溶基团,在生理pH条件下能迅速转化成母体药物。该产品对实体肿瘤的活性更强,治疗范围更广。2000年FDA批准盐酸伊立替康注射剂(Camptosar®)上市,用于结肠癌和直肠癌的晚期治疗。此外,尚有其它类型的前药,如聚合物前药、琥珀酸酯前药和基于O→N酰基转移反应的前药等。要将药物设计为前药,母体药物必须具有某些特定的官能团,如醇羟基、羧基等,这在一定程度上限制了应用范围。4高效液相-cd包合技术环糊精(cyclodextrin,CD)是葡萄糖基转移酶作用于淀粉形成的产物,为水溶性结晶状白色粉末。其结构为环状中空圆筒形,开口处呈亲水性,空穴内部呈疏水性。常见有α、β、γ三种,分别由6、7、8个葡萄糖分子以1,4-糖苷键连接而成。其中以β-CD最为常用,注射给药系统中常使用其衍生物,如羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)、磺丁基-β-环糊精(SBE-β-CD)。CD结构特殊,非极性脂溶性药物易进入内腔而被包合,极性药物则可嵌在开口处的亲水区。难溶性药物作为客分子被包合后,溶解度增大、稳定性提高,并可提高药物的生物利用度,减轻不良反应。通常CD与药物形成1∶1的包合物,且在注射前用葡萄糖溶液或缓冲液稀释后药物也不会析出。目前已有30多种用CD包合技术制备的产品上市,如伊曲康唑、阿立哌唑和丝裂霉素等。SBE-β-CD(Captisol®,CyDexPharmaceuticals公司)作为一种新型β-CD衍生物,能大幅提高难溶性药物的溶解度。通常,利用SBE-β-CD要实现最大程度的包合,药物分子应至少具有一个苯环或其它大小和形状相近的非极性基团(如环己基、金刚烷基),以及一个易质子化的碱性基团,且苯环与碱性基团间应只间隔几个原子。结构中带负电荷的基团若与苯环相隔较近则会减弱其包合作用。利用HP-β-CD包合的药物分子也应具备以上结构特点,但它更适于包合在生理pH条件下带负电荷的药物。一般而言,β-CD衍生物在最大剂量(HP-β-CD:16g/d,SBE-β-CD:6~14g/d)范围内较安全。为有效提高难溶性药物的溶解度,通常β-CD衍生物的使用浓度较高。因此,为降低其用量,近年已有联合应用其它增溶技术,如成盐、脂质体及聚合物胶束等的报道。如先将三种难溶性药物(脱氢表雄酮、维生素A醛和地塞米松)制成HP-β-CD包合物,再包封于脂质体的亲水小室,从而实现增加溶解度和靶向性的双重作用。常用的CD包合物制备方法有饱和水溶液法、冷冻干燥法和喷雾干燥法等。不同的方法各有特点,适用的条件不一,包合率与产率等也不相同。如冷冻干燥法适用于干燥过程中易分解、变色的药物,所得成品疏松、溶解度好,可制成粉针剂。5高剂量w/l的难溶性药物制剂纳米混悬剂(nanosuspensions)是指药物粒子以纳米级粒径(通常为200~500nm)分散在含有稳定剂的水溶液中的剂型。由于药物处于固体状态,可制成高剂量的难溶性药物制剂,载药量可高达300mg/g或30%(w/w)。因此该剂型特别适合水中溶解度极低或在水和油中都不溶解的药物。同时,纳米混悬剂不需任何辅料作为增溶载体,因此能克服其它给药系统载药量低、因加入载体而增加不良反应等的缺点。在纳米混悬剂给药系统中,由于药物粒子的粒径大大降低,因此粒子总表面积大大增加,从而能加快药物溶出速率和增加溶解度,并提高药物生物利用度。纳米混悬剂静注给药后,处于瞬间漏槽状态,药物粒子能在血液中快速彻底地溶出。5.1生产技术目前,常用的纳米混悬剂制备技术有沉淀法、研磨法和高压均质法等。5.1.1加快药物颗粒的纯化沉淀法(precipitationtechnology)通常是通过溶剂/反溶剂系统制备纳米混悬剂。即先将药物溶解在溶解性能良好的溶剂中,然后加入对药物溶解性较差的溶剂(反溶剂),由于药物处于过饱和状态,如加入速度足够快,即可实现药物粒子的快速结晶和析出。环孢素A是最早利用该技术制成纳米混悬剂的药物之一。因为药物在溶液中倾向于以微米级粒径析出,因此,为控制粒径增长,须严格优化析出工艺参数(如温度、溶剂/反溶剂体积比等),并加入适当的稳定剂如甲基纤维素(MC)、羟丙甲纤维素(HPMC)等。该法面临的最大问题是如何控制复杂的析出过程以实现较窄的粒径分布。近年有联合利用沉淀法和高压均质技术制备纳米混悬剂的报道,即先通过沉淀法得到粒径稍大且粒子较脆碎的混悬剂,再通过高压均质减小粒径,得粒径分布较窄的纳米混悬剂。5.1.2研磨介质的制备技术目前应用较广的是由Elan公司开发的NanoCrystal®技术,该法生产得到的纳米粒子粒径为100~250nm。研磨过程中,药物处在一个含有水、稳定剂和研磨介质的粉碎室中。研磨介质通常由质地极硬且经久耐用的材料制成,如交联聚苯乙烯。然后在高速搅拌下,通过压缩力和(或)剪切力,使药物粒子之间及其与研磨介质间发生猛烈碰撞,将药物粉碎成纳米级粒子。NanoCrystal®技术在制备口服制剂方面已较成熟,目前已有多种上市产品,如Rapamune®(西罗莫司,惠氏公司)、TriCor®(非诺贝特,雅培公司)、Emend®(阿瑞吡坦,默克公司)。但在制备注射剂方面,尚面临一定的挑战。如为达到预定粒径范围,常需粉碎数小时甚至数天,研磨介质可能在粉碎过程中污染产品。5.1.3新型溶胶剂的制备技术高压均质(high-pressurehomogenization)是目前应用较广的制备纳米混悬剂的技术,根据匀质化原理可将高压匀质法分为三类:微射流法(microfluidisation)、活塞-裂隙匀质化法(piston-gaphomogenisers)和超音速液体流法(supersonicfluidflow)。其中活塞-裂隙均质化法最常用。该技术是通过气穴力量降低药物粒径。制备时先制得粗混悬剂,然后在极高压力(15000~35000psi)下通过一个狭窄的缝隙。由于缝隙极窄,混悬剂的流动速度迅速增加,导致流体动态压力不断增加。同时,根据流体力学Bernoulli方程,流体静态压力则不断下降,当低于液体沸腾时的蒸气压时,液体沸腾并导致水蒸气气泡的形成。当流体离开缝隙时,气泡涨破,产生强大的气穴力量粉碎药物,经多次循环即得纳米级粒子。此外,缝隙间的高速剪切力也有助于药物粒径的降低。近年来各种新型纳米混悬剂制备技术不断涌现,如激光诱导纳米化技术(laser-inducednanolizationtechnology)。与NanoCrystal®技术不同,激光诱导纳米化技术无需任何研磨介质,从而避免了因直接接触而导致药物污染的可能性,因此在制备注射制剂方面具有显著的优势。不过,该技术目前尚处于早期研究阶段。5.2增加纳米混悬剂的贮藏稳定性由于纳米粒子具有极大的表面积,因此贮存期间粒子易聚集,导致粒径增大。为抑制粒径的增长,应适当加入稳定剂,如卵磷脂、泊洛沙姆等。这些稳定剂能覆盖在粒子表面,通过静电斥力和空间位阻作用阻止粒子的聚集。Merisko-Liversidge等建议药物与稳定剂的质量比宜为2∶1~20∶1。也可通过冷冻干燥法以增加纳米混悬剂的贮存稳定性。Abraxane®(紫杉醇,AbraxisBioScience公司)是FDA在2005年1月批准的首个通过静注给药的冻干纳米混悬剂。该产品能在室温贮存,注射前用缓冲液配制后给药。6表面活性剂的应用胶束(micelles)是指两亲性分子在水中浓度达到临界胶束浓度(CMC)后自发形成的聚合物,其外壳呈亲水性,内核呈疏水性。目前多利用非离子型表面活性剂制备胶束溶液,但由于表面活性剂的CMC值较高(mmol/L范围),这种胶束溶液在进入血液循环后易被血液稀释,导致药物析出。同时,由于表面活性剂用量较大,易引起一些不良反应。近年有不少利用两亲性嵌段共聚物制备胶束溶液的报道。由于共聚物的CMC值较低(µmol/L),因此形成的胶束溶液载药量更大,热力学和动力学性质更稳定,不良反应也较轻。常见的两亲性嵌段共聚物有泊洛沙姆类、聚乙二醇(PEG)类、聚酯类和聚氨基酸类。聚合物胶束,尤其是生物可降解的聚合物胶束在难溶性药物注射给药方面,具有较广阔的应用前景,但目前上市的产品极少,大多处于临床研究阶段。6.1生物去除能力常见的聚酯类共聚物包括聚甘氨酸、聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)和聚乳酸-聚乙醇酸(PLGA)等。聚酯类共聚物在体内易通过水解而被消除,因此是可生物降解的,具有良好的生物相容性。如将紫杉醇制成单甲氧基聚乙二醇(mPEG)-b-聚(DL-乳酸)聚合物胶束溶液后,其溶解度提高了5000多倍。该产品(Genexol-PM,Samyang公司)已进入临床研究阶段,Ⅰ期临床研究显示,其最大耐受剂量增加,