载体对干粉吸入给药肺部沉积率的影响

郭振勇，张亚莉（北京胸科医院药剂科，北京市 101149）

近年来，随着对肺功能、生理特征及多种疾病的认识不断加深，人们已经认识到肺部给药是治疗一些局部乃至全身疾病较为简单有效的途径。肺部给药具有吸收表面积大（大于100 m2）、血流丰富、能避免肝脏的首关效应、酶活性较低（由于酸性酯酶（AcE）活性丧失，导致蛋白水解酶整体活性降低10倍以上）、药物吸收屏障较薄及通透性高等优点，是一个理想的给药途径，尤其是对于蛋白多肽类药物、小片段RNA等。因为这些药物经其他途径给药时，极易被体内各种酶降解，使它们还没有到达作用部位就被代谢。但是由于这些大分子药物的穿透力（通过肺泡内皮屏障的能力）弱，造成药物的生物利用度低于静脉或皮下给药，所以往往在处方中加入吸收促进剂等。Todo H等[1]将柠檬酸加入到胰岛素干粉中，发现每个剂量中加入0.025 mg，其绝对生物利用度可达42%；而加入0.036 mg时，其绝对生物利用度达到53%，并且其降糖作用可长达240 min。

在肺部给药系统中，干粉吸入剂的发展尤为迅速。干粉吸入剂是将微粉化的药物与载体或者药物单独成粉，然后以胶囊、泡囊或者多剂量储库的形式，采用特殊的干粉吸入装置，由患者主动吸入雾化药物的制剂。与定量吸入剂相比，因其为呼吸启动，克服了药粉释放和呼吸不协调的问题；另外，由于使用了定量的胶囊等形式，药物剂量也易于控制。在理想的处方设计和采用合适的给药装置时，其生物利用度比肺内雾化给药的生物利用度要高，因此较小的剂量可以达到同样的治疗效果[1]。

多数药物如果单独制成干粉，可能会因为其黏合力高和流动性低，造成其从胶囊中的释放率及可吸入颗粒的量减少，所以多数干粉吸入剂是将药物微粉与一定的载体混合制成颗粒，从而增加微粉的流动性。普仑斯特（PLH）经喷雾干燥制成微粉给药后，有10%和40%药物分别滞留在胶囊和给药装置里。而用甘露醇（MAN）和乳糖作载体时，达到人工肺2～7级的量占38%[2]。因此，干粉吸入剂中理想的药物载体对有效地将药物输送到作用部位起着决定性作用。

1 载体输送药物的机制

目前常用直径为50～100 μm的载体与粒径为0.5～7 μm的药物微粉混合，使药物吸附在载体表面。吸入时借助吸气气流，使微粉获得足够的动能进入上呼吸道，随着吸入过程的进行，呼吸道变窄，气流加快，载体与药物分离，分离后的药物微粉在高速气流作用下进入肺部发挥作用[3]。由于沉积在上呼吸道以及上端支气管中的药物易被纤毛排出体外，所以只有把药物输送到深部支气管和肺泡，才能达到目的。因此药物在肺深部的沉积率是衡量一个载体是否有效的重要指标。

2 影响载体输送药物能力的因素

2.1 载体直径

载体直径对有效地输送药物至关重要。一般控制在50～100 μm之间。直径过大，不能获得足够的初速度，往往沉积于口腔、上呼吸道，使可吸入颗粒的量减少；直径过小，则携带药物的量降低，流动性差，从胶囊中排出率低。二者均不能有效地将药物输送到肺深部。

2.2 载体的种类及载体在干粉中的比例对肺部沉积的影响

目前所用的载体多是无毒、惰性、能与人体相容的可溶性物质，如乳糖、阿拉伯胶、木糖醇、MAN等。由于药物的理化性质不同，与载体的黏附力也不同，从而导致药物与载体分离的程度也各异，从胶囊中排出率也不同。以MAN为载体的PLH（PLH∶MAN＝1∶10）给药时25%沉积于人工肺2～7级，如果将PLH-MAN与不同量的乳糖混合，在人工肺2～7级中的沉积率达到38%。体内试验[2]表明，将2.5 mg·kg－1PLH和MAN按1∶4和1∶10混合，喷雾干燥后给予小鼠，6 h的血浆药物浓度-时间曲线下面积（AUC）分别为（1 178±206）、（1 382±152）ng·h·mL－1，由此可知，它们在肺部的沉积率是有显著差异的。黄秀清等[4]比较了以乳糖和MAN为载体，对沙丁胺醇在双冲程试验仪中沉积的影响，载体与药物的比例均为9∶1，当乳糖为载体时，干粉在上、下冲程的沉积率分别为（29.3±6.1）%、（8.2±1.4）%；而MAN为载体时上、下冲程的沉积率分别为（26.1±1.0）%、（30.2±0.7）%。这可能与MAN能较好保持颗粒的形状，比较适宜于作为颗粒的支架剂有关[5]。

另外，不同粒径的同种载体也会影响药物的排出率和可吸入颗粒（直径＜7 μm）的量[6]。将不同粒径的乳糖（产品编号为 200M、450M、100M、325M）与 FK888喷雾干燥，100M、325M的排出率要高于200M、450M。100M、325M喷雾干燥后的可吸入颗粒的比例分别为24.8%和29.6%，而200M、450M得到的可吸入颗粒的比例分别为49.3%和52.0%。

2.3 载体的表面形态

载体的表面形态可影响干粉的特性。当表面光滑时，颗粒间黏附力较大，干粉易结块，造成流动性差，使得微粉从胶囊中的排出率下降；当表面粗糙时，其流动性增加，可能是因为表面的不规则减少了颗粒之间的接触，降低了结块的可能性，这样分散这些微粒所需能量少。Gervelas C等[7]的试验表明，在以铜类螯合物为载体的干粉中加入亮氨酸，可使微粒表面变得粗糙，并且当亮氨酸的含量从2%增加至15%时，其粗糙程度增加，而颗粒间的黏附力和内聚力则下降。但当亮氨酸含量大于15%时，其粗糙程度不再发生变化，并且微粒的直径降低。这可能是因为其疏水性易于形成液-气界面，降低表面张力，从而使喷雾时液滴提前从喷嘴脱离。Li HY等[8]的试验也证明了这一点，亮氨酸也能增加以乳糖为载体的微粉颗粒表面的粗糙程度，使得微粉的分散性提高；体外A549细胞系中基因转染率的提高，表明微粉沉积于肺部的量也提高了。

Hao-Ying Li等[9]在以乳糖-脂质体制成的干粉中加入壳聚糖，也使得颗粒表面的粗糙程度提高，其从胶囊中的排出率从不含壳聚糖时的57.0%增加至90.8%。电镜下可以观察到小的乳糖-脂质体颗粒吸附在壳聚糖颗粒表面，形成一个大的颗粒，这可能是提高干粉排出率的原因。另外，体外沉积试验表明，不含壳聚糖的干粉大多沉积于人工肺的上部，相当于上呼吸道，很少能够达到3～4级和支气管；而含壳聚糖的干粉，最高达20%的干粉达到4级，达到3级（相当于支气管区域）的量最多，是未含壳聚糖的干粉的沉积率的8倍。体外基因转染试验也得到了一致的结果：未含壳聚糖的干粉的转染率为40%，而含壳聚糖的干粉的转染率达到了58.7%。

除亮氨酸和壳聚糖通过改变颗粒的表面粗糙程度来改变干粉的分布特征外，还有其它一些物质如：苯丙氨酸、环糊精等，它们主要通过影响微粒表面的电荷、表面张力、黏附力、亲水性来改变微粒的分散性能，提高肺部的沉积率[10，11]。

虽然我们希望通过加入添加剂改变颗粒表面特征，提高排出率和可吸入颗粒比例，但有时添加剂对干粉的排出率和形成可吸入颗粒比例的影响是矛盾的。因此有学者建议用体内、外的综合参数来衡量载体的有效性，即用“排出率×可吸入颗粒×AUC”来描述[3]。

2.4 干粉制备工艺对载体输送药物能力的影响

干粉中各个成分添加顺序可以影响载体药物的输送能力。Hao-Ying Li等[9]将乳糖-磷脂：多聚阳离子：pDNA（LPD）喷雾干燥后与壳聚糖粉末混合，可形成较大的分散性团块，而将前者与喷雾干燥后的壳聚糖混合，电镜下可观察到形成了较小的分散性团块，从而提高了干粉的流动性；如果将乳糖-LPD、壳聚糖溶解后喷雾干燥，则未观察到结块现象。从基因转染率来看，与喷雾干燥后的壳聚糖混合，其转染率较高，可能是喷雾干燥后壳聚糖在培养基中的溶解度提高所致；也可能是喷雾干燥后其粒径减小，使之能够更多地与细胞接触。Shah.SP等[12]对阿米卡星干粉剂的研究也出现类似结果。由于制备干粉的方法各异，其影响因素亦较多，如喷雾时风速、温度、溶液酸碱度、疏水性等。

3 输送药物的载体

目前常用的载体有乳糖、阿拉伯胶、木糖醇、MAN等，这些物质制成的干粉在肺内滞留时间较短，易被清除。虽然存在这些问题，但因为原料易得，且制备工艺简单，方法成熟，所以在研究中还被广泛采用。

3.1 以脂质体为载体输送药物

目前多数经呼吸道给药的剂型释药短暂，这是因为受肺部较高活性的巨噬细胞的限制，巨噬细胞会优先清除到达肺底部的微粒。1995年，Edwards等发现巨噬细胞吞噬系统识别、清除微粒决定于粒子的几何直径，而微粒的肺部沉积位置取决于粒子的空气动力学中位数直径（等于粒子直径与粒子密度平方根的乘积）。因此，他们构建了轻质多孔粒子，具有较大外形，但空气动力学直径较小（1～3 μm）。这些多孔的微粒由聚乳酸（PLA）/乳酸乙醇酸共聚物（PLGA）聚合物装载胰岛素组成，其持续存留在肺部的时间上升至72 h。

以脂质体为载体包裹药物有以下优点：（1）可作为亲脂性药物的载体；（2）能够持续释放药物；（3）防止局部刺激；（4）降低毒性；（5）可使药物均匀地沉积在肺部[13，14]。脂质体肺部给药的研究已经显示沉积在外周气道的脂质体保留时间延长了[15]，且能够提供稳定的药物浓度。

3.2 以纳米粒为载体输送药物

为了保护一些蛋白多肽类药物不被破坏，有人用纳米粒包裹药物进行肺部给药。但是，由于纳米粒粒径较小，容易被排出体外。为解决这个问题，Yamamoto H等[16]对纳米粒进行了表面修饰，取得了很好的效果。他们用壳聚糖修饰了包裹降钙素的纳米粒，发现经修饰后，纳米粒可以黏附在呼吸道黏膜上，药物释放可延长到2周以上，而此时纳米粒中还有40%的药物未释放；未经壳聚糖修饰的纳米粒，则很快被清除，其从呼吸道的清除速度是前者的3倍。这可能是由于壳聚糖可以黏附在肺黏膜的内皮细胞上，阻止了呼吸道纤毛对它的清除作用，增加了它在呼吸道的滞留时间。另外，经修饰的纳米粒降低血浆钙的时间可持续24 h以上，并且其降低血浆钙的能力明显高于未经修饰的纳米粒，这可能与壳聚糖能打开内皮细胞间的紧密连接，从而促进了药物的吸收有关。

4 结语

肺部给药系统对于那些其他给药途径无效的药物（如蛋白多肽类、核糖核酸等）或使用起来不方便（需长期注射给药）的药物是一个理想的选择。药物载体的选择是一个难点，且载体长期应用是否会产生不良反应，如肺纤维化，还需进一步验证。总之，如果能克服这些问题，肺部干粉给药将为某些疾病的治疗带来光明。

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