水难溶性药物纳米晶体的制备及性质研究

水难溶性药物纳米晶体的制备及性质研究

数据表明，40%60%的药物或化合物在高相量筛选中的浓度较低，因此在发现阶段无法达到口服吸收的治疗浓度。近年来研究者们采取了各种提高水难溶性药物溶解度的方法,例如成盐,环糊精包合,固体分散体或自微乳化体系。这些方法存在着:使用大量基质材料作为载体,载药量低,不具有广泛适用性等问题。药物纳米晶体技术(drugnanocrystals)是指将微米级的药物颗粒通过研磨分散或沉淀结晶,使粒径减小到亚微米级(100~1000nm)甚至毫微米级(1~100nm),并在稳定剂的作用下稳定存在。根据Noyes-Whitney方程,减小粒径意味着比表面积增加和扩散层厚度降低,从而加快溶出。此外,比表面积增大,利于增加药物与肠壁的接触面积,延长接触时间,可使药物在靶部位充分有效的吸收,提高生物利用度。1纳米晶体的“发现”和“研磨”技术制备方法一般可分为两类:从分子态沉淀结晶形成药物纳米晶体的“Buttomup”技术和通过机械研磨的方式将微米级的母体药物颗粒粒径减小至亚微米级或毫微米级的“Topdown”技术。1.1“博茨马克”技术1.1.1其他影响因素溶剂反溶剂沉淀法是指母体药物首先在良溶剂中形成饱和溶液,迅速注入不良溶剂达到过饱和状态而引起药物自发结晶成核。在制备过程中温度和过饱和态是影响药物纳米晶体制剂晶核大小和粒径均匀程度的主要因素。低温产生小结晶颗粒,易达到过饱和状态;并且抑制晶核生长。其他影响因素还包括:搅拌速度,溶剂/反溶剂体积比和药物在良溶剂中的浓度等。Xia等利用超声沉淀法,在稳定剂聚乙烯醇(polyvinylalcohol,PVA)质量浓度为1.5g·L-1,药物质量浓度为30.0g·L-1,超声功率和时间分别为400W和15min的条件下,制备粒径在209nm左右的硝苯地平纳米晶体,其体外溶出度显著高于市售片剂,体内药动学分析结果表明硝苯地平纳米晶制剂比市售制剂的达峰浓度和药时曲线下面积分别提高了6.1倍和5.0倍(图1)。沉淀法所制备的纳米晶制剂粒径较难控制,易产生Ostwald熟化和晶核生长等不稳定现象。Baxter公司的Nanoedge●技术,先用沉淀法制备药物初混悬剂,后经高压匀质化得到粒径大小合适粒径分布均匀的纳米晶制剂。1.1.2高效的微织构技术利用超临界流体优良的理化性质制备药物纳米晶体已成为近二十年来非常热门的方向。首先,所选用的流体临界温度接近室温(例如CO2的临界温度为304.2K,临界压力7.38MPa),从而提高了操作安全性且产品不易因高温降解。其次,超临界流体相比于传统溶剂无毒,可重复利用,价格低廉,不产生溶剂残留问题。此外,超临界流体兼具气相与液相之特性:具有低黏度,低表面张力,高扩散系数及密度可随温度和压力变化而变化等优点。超临界流体技术根据流体在结晶过程中所起作用主要分成两类:超临界流体的快速膨胀技术(rapidexpansionofsupercriticalsolution,RESS)和超临界流反溶剂技术(supercriticalantisolvent,SAS)。在RESS过程中,CO2作为溶剂或是溶质的载体。被药物饱和的超临界流体在扩散单元内密度急剧减小,高过饱和度状态使晶核大量析出,在高速喷出流体的机械扰动影响下得到超细微粒。药物颗粒大小和粒度分布主要取决于扩散前药物浓度(萃取单元温度和压力)和RESS的工艺条件(例如,喷嘴直径和形状,扩散单元温度和压力)等。RESS技术简单且成本较低,但因大多数药物在超临界流体CO2中的溶解度低,很难应用到实际生产中。此外,由于药物自身的黏附,最终产品易聚集成大粒子。RESS-SC法通过加入乙醇,丙酮等固体夹带剂,能够提高药物溶解度并调节粒子间相互作用。Thakur等利用薄荷脑作为夹带剂使苯妥英在CO2中的溶解度提高了400倍,在1.96×104kPa和45℃工艺条件下得到终产品平均粒径为75nm。SAS技术将超临界流体作为反溶剂可以与被药物饱和的良溶剂混溶。药物在混合溶剂中溶解度骤降,形成过饱和态并迅速析出药物超细微粒收入袋式过滤器中。含CO2和有机溶剂的流体被过滤,减压分离。溶剂被回收,CO2被排放或循环利用。影响粒径大小和粒度分布的工艺参数包括了反溶剂的加入速度,操作温度和压力及药物在良溶剂中的浓度。其他由SAS过程衍生的技术还包括气体抗溶剂结晶法(gasantisolvent,GAS),气溶胶溶剂萃取法(aerosolsolventextractionsystem,ASES)、SCF提高溶液分散法(solutionenhanceddispersionbysupercriticalfluids,SEDS)等。SAS-EM(supercriticalanti-solventwithenhancedmasstransfer)法基于SAS过程,在喷嘴处加入超声振动装置,起到提高液滴和超临界流体间的质量传输并减小液滴凝集的作用。Chattopadhyay等利用此法制备溶菌酶微粒,未超声时药物粒径为1.2μm,随着超声功率从12W提高到90W,平均粒径从730nm降低至190nm。1.2纳米晶制剂的制备技术“Topdown”技术主要包括介质碾磨法(mediamilling)和高压匀质法(homogenization)。介质碾磨法,亦称为球磨法,是将药物初混悬液和碾磨介质(常见为氧化锆,交联聚苯乙烯树脂)装入带有叶轮的容器中共研磨。影响产品质量的工艺参数包括了药物含量,碾磨介质用量,碾磨速度和温度等。Aini-Ai等利用介质碾磨法制备萘普生纳米晶体,当药物的质量浓度为100g·L-1时,采用10g·L-1羟丙纤维素(hyprolose,HPC)可得粒径在400nm处的萘普生纳米晶体,当药物的质量浓度提高至300g·L-1时,联用10g·L-1羟丙纤维素(hyprolose,HPC)和12g·L-1盐酸精氨酸或使用4g·L-1羟丙纤维素(hyprolose,HPC)才能制得稳定的纳米晶制剂。介质碾磨法最早被Liversidge提出,他以聚维酮(povidone,PVP)为稳定剂,利用此法制备了达那唑纳米晶体(粒径为169nm)与传统混悬剂相比,绝对生物利用度从5.1%提高到82.3%。20世纪90年代初,NanoSystem公司(现为Elan公司)首先申请专利,将介质碾磨法用于药物纳米晶体的制备,称为Nanocrystal●技术。介质碾磨法操作简单,易于大批量生产。目前,该技术发展较为成熟,已有4种利用此技术生产的新药在美国上市(如表1所示)。但其存在的最大问题为因碾磨介质腐蚀而产生的产品污染,因此不适用于注射途径给药及用于治疗慢性疾病药物的制备。此外,球磨法耗时,一个生产周期可长达几小时至几天。90年代初,随着Disscocube●技术出现,高压匀质法被广泛应用于制药工业领域。它包括微射流法(microfluidisation)和活塞-狭缝式匀浆法(piston-gaphomogenination)。活塞-狭缝式匀浆法是将药物粗混悬液导入可调缝隙的匀质阀中,由于孔道半径的变化,物料瞬间失压以极高流速喷出,撞击在阀组件之一的碰撞环上,产生剪切、撞击和空穴三种效应。活塞-狭缝式匀浆法包括以水为溶媒的Disscocube●(SkyePharma公司)和用于非水溶媒的Nanopure●(PharmaSolGmbH公司)。在此过程中,重要的工艺参数包括压力,温度和匀质化次数。实验室所使用的高压匀质机压力通常可达1.0×105kPa。提高操作压力能够加大静态压的改变幅度,从而产生更大的空穴效应使粒子得到较好的分散。然而粒径减小和操作压力增加并不存在直接的线性关系。实验表明当压力高达4.0×105kPa时,继续加压对粒径的减小影响甚微。Muller等利用动态光散射和激光散射技术考察偶氮甲酰胺(azodicarbonamide,ADA)粒径大小和匀质化次数的关系。结果显示ADA颗粒在匀质化5次之后平均粒径几乎保持不变。而D90和D95在循环15~20次之后才达到最小值。这说明首5次循环主要使药物粒径整体水平减小,而额外的匀质化次数主要作用于剩余大粒子,从而获得粒径范围窄的纳米晶制剂。此外,药物颗粒的硬度也是影响匀质化效果的因素,对于硬度较低的紫杉醇,在1.5×105kPa压力下循环10~20次,粒径可达250nm,而两性霉素B、伊曲康唑等在同等条件下得到纳米晶粒径在500nm左右。2添加剂的作用、原理和选择2.1合理稳定的引力条件药物颗粒粒径减小和高度分散意味着巨大的表面张力和自由能增量。在经典的DLVO理论中,总势能(Vtot)为引力势能(VA)和斥力势能(VR)的加和,如图2所示。引力势能通常由范德华力提供并随着粒子间的相互靠近显著增加。在此引力势能作用下药物纳米晶颗粒容易跨过能垒(energeticbarrier)产生聚集。选择合适稳定剂能提供静电斥力及溶剂化作用,提高纳米晶制剂的物理稳定性。溶剂化作用原理难用DLVO理论解释,但可以认为当粒子相互靠近,吸附于颗粒表面的高分子浓集,导致局部渗透压升高,提高阻碍聚集的能垒。2.2纳米清导剂为药物颗粒表面稳定破乳剂根据稳定剂的作用原理将稳定剂大致分为:电效应类稳定剂和空间效应类稳定剂。尽管潜在的稳定剂总类繁多,但常应用于药物纳米晶体制备的却不多。稳定剂的选择可借鉴以下原则:首先,稳定剂对药物颗粒表面亲和力高。典型空间效应稳定剂聚维酮(povidone,PVP),泊洛沙姆407(poloxamer407,F127),羟丙甲纤维素(hypromellose,HPMC)带有大量疏水集团,能充分且牢固地吸附于粒子的疏水表面,而阴离子表面活性剂通常能迁移至固液两相间,提供电屏障。其次,粘度低的稳定剂扩散速率高,能迅速分布在晶核表面阻碍晶核聚集生长。当稳定剂用量充足,药物颗粒表面被充分覆盖。但稳定剂用量超过其临界胶束浓度时,自身形成胶微粒争夺药物颗粒表面的同类分子,从而降低对药物纳米晶体的保护作用。此外,稳定剂用量过大还将引起系统毒性产生安全问题。在仅有离子型表面活性剂的纳米混悬剂中加入中性空间效应稳定剂增强了前者对于药物晶体更紧密的包裹作用。这是因为吸附于药物结晶表面的电效应类稳定剂具有自身排斥现象,而高分子化合物的介入恰好能减弱这种效应,从而提高离子型表面活性剂在药物结晶表面的覆盖率。3药物纳米晶体的性能3.1动态光散射法粒径大小和粒度分布是衡量纳米晶体制剂质量的重要指标之一,影响载药量、物理稳定性及体内分布和靶向性等。因此,通过测定粒径大小和粒度分布对获得的药物纳米晶体进行质量评价。目前,动态光散射技术(dynamiclightscattering)常用于测定平均粒径并提供多分散性指数(polydispersityindex,PI),但其难以测定粒径大于6μm的药物颗粒。激光散射技术(laserdiffractometry,LD)测量范围为50nm~80μm,提供D50(表示平均粒径),D90和D99(反映存在的大颗粒粒径)和PI等重要数据。然而,这两种测定方法都无法提供粒径大小的绝对值。通过激光散射法可获得样品的体积径,而动态光散射技术是利用某一角度上光强涨落的快慢反映颗粒粒径的大小。Keck等还发现在粒径测定过程中纳米晶粒子表面处于不断溶解状态,导致测量值偏小。当待测样品为饱和或近饱和态时能明显减慢纳米晶体颗粒的溶解速度,提高测量准确性。此外,联合使用光学显微术能够观察到纳米晶体聚集现象,而这种聚集常常被激光粒度测定法所掩盖,使测量值偏小。3.2在晶体结构分析中的应用药物纳米晶体的晶型影响着制剂的溶出速度,饱和溶解度和物理稳定性等。热分析法中的差示扫描量热法(differentialscanningcalorimetry,DSC)和X射线衍射法(X-raydiffraction,XRD)常用于考察结晶性质。通过DSC技术获得适当的转晶条件,制备具有理想晶型的产品。此外,DSC还可用于高分子玻璃转变温度的测定和材料结晶度的测定。X射线衍射法的原理在于不同晶型具有不同的晶格排列,而不同晶格排列结构差异可以通过X射线衍射谱进行区别。3.3催化剂的动态表面荷电能评价液态药物纳米晶体制剂的物理稳定性。表面荷电源于药物自身电离或离子型表面活性剂吸附。在外加电场的作用下,粒子的流动性用电动迁移率[(mm·S-1)·(V·cm-1)-1]或Zeta电位表示。一般情况下,使用空间效应稳定剂Zeta电位绝对值至少为20mV能获得稳定的纳米晶体制剂,而使用电效应类稳定剂此绝对值应至少为30mV。3.4tem和纳米混悬剂扫描电镜(scanningelectronmicroscope,SEM)或透射电镜(transmissionelectronmicroscope,TEM)提供纳米晶体的结晶形态。对许多水难溶性药物而言,胃肠液内药物的溶出速度为其吸收的首步和限速步骤。因此,通过溶出度和饱和溶解