自乳化药物传递系统概述及研究进展
2014-08-15李伟男孙佳琳黑龙江中医药大学药学院哈尔滨150010
李伟男,孙佳琳,王 锐(黑龙江中医药大学药学院,哈尔滨 150010)
在制药行业中,有许多新开发药物都属于难溶性药物或亲脂性药物。为了提高药物的溶解度、溶出速率和生物利用度,可将其制成盐类、超细粉碎、络合物等,以改变其理化性质来促进药物在胃肠道的吸收。但是,以上各方法均有一定的局限性。因此,难溶性药物口服生物利用度低的问题给制剂开发带来了很大困难。目前,药剂学上用来增加难溶性药物的体内生物利用度的方法和技术,包括自乳化药物传递系统(SEDDS)、前药、包载脂质体的微胶囊、纳米粒和P 糖蛋白抑制剂等。在众多技术和方法中,SEDDS 得到了广泛应用。自20世纪70年代初开始,国外学者已将自乳化技术应用于药物传递系统;至20 世纪80 年代,我国学者才将自乳化技术应用于提高难溶性或亲脂性的中药和天然药物活性成分的口服生物利用度研究。本文以“自乳化”“药物传递系统”等的中、英文词汇为关键词,查阅Elsevier数据库中1995-2013年相关文献,结果共查询到文献37 篇,其中有效文献30 篇。现扼要阐述SEDDS的定义、特点、结构和形成机制,SEDDS研究中涉及的处方组成、处方筛选及优化方法、制备方法、质量评价等内容,并列举基于自乳化技术的新剂型。
1 SEDDS的定义及特点
SEDDS 是包含药物、油相、表面活性剂[亲水亲油平衡值(HLB)≥12]和助表面活性剂的固体或液体制剂,在环境温度(体温37 ℃)下、在胃肠道内水分稀释和蠕动的环境下,自发乳化形成粒径较小的水包油(O/W)型乳剂(粒径<5µm)[1]。随着表面活性剂用量的增多(质量分数>40%),和在助表面活性剂的帮助下,这种自乳化系统可在胃肠道内自发乳化成粒径更小的透明澄清的乳剂(粒径5~100 nm),被称之为自微乳药物传递系统(SMEDDS)[2]或自纳米乳药物传递系统(SNEDDS)(5~30 nm)[3]。
近年来,研究人员针对传统液体SEDDS的软、硬胶囊剂的缺点,更多地开始研究固体SEDDS(SSEDDS)。SSEDDS 与SEDDS 相比,具有稳定性增加、贮存时间延长、胃肠道刺激性减少等优点,尤其可通过添加各种固体辅料制备缓控释制剂。
用以提高难溶性药物口服生物利用度的SEDDS,具有如下特点[4-5]:(1)药物存在于高度分散的乳滴中,乳滴具有较大的比表面积,可大大增加药物与胃肠道接触的机会;(2)油相可增强淋巴转运,促进抗肿瘤药和免疫抑制剂淋巴转运;(3)在胃肠道形成O/W型乳滴,可延缓药物水解,提高药物在胃肠道的稳定性;(4)药物吸收受胆酸盐分泌影响小,可避免食物对吸收的影响;(5)以微球或微丸作为自乳化药物的载体,可实现缓释和控释的目的;(6)药物存在于细小的油滴中,能快速地分布于整个胃肠道中,减小了药物与胃肠壁的直接接触而引起的刺激;(7)一些表面活性剂可抑制肠细胞色素P450对药物的催化作用以及P糖蛋白对药物的外排作用。
2 SEDDS的结构和形成机制
由于水、油、表面活性剂三者在界面膜之间的相互作用,微乳或纳米乳可形成O/W 型、水连续型、双连续型等多种结构。目前,对SEDDS 乳滴形成机制的解释有界面膜-液晶理论、混合膜理论、增溶理论和热力学理论[6]四种。其中,界面膜-液晶相理论被大多数人认为较好地解释了自乳化形成的机制:当将油相混合物(油/表面活性剂)加入水中,油相和水相之间会形成由表面活性剂组成的界面层;自乳化过程中,水相不断渗入油水之间的界面层,最终表面活性剂形成液晶相;界面液晶相一旦形成后,在轻微的搅拌下,引起界面液晶相的破裂,从而形成乳滴[7]。水分渗入油水界面间液晶相的速率和程度,会影响形成的最终乳滴的大小[8]。
3 SEDDS的处方组成
3.1 药物
SEDDS所选择的药物为生物药剂学分类系统(BCS)中的Ⅱ类和Ⅳ类难溶性或亲脂性药物。处方中的油相是脂类物质,可经淋巴吸收转运,药物溶于油相后,可增强药物淋巴靶向作用,有利于抗肿瘤药和免疫抑制剂发挥药效。至今为止,国外已成功上市了4 种SEDDS 药物,分别是Neoral®(Cyclosporine A;Novartis 公司)、Norvir®(Ritonavir;Abbott 公司)、Agenerase®(Amprenavir;GSK 公司)和Fortovase®(Saquinavir;Roche公司)。
3.2 油相
SEDDS 中的油相,要求能以较少的用量溶解处方量的药物,并在低温储藏条件下也不会有药物析出,并且遇水后容易被处方中的表面活性剂乳化。油相在SEDDS处方中的用量一般为35%~70%(m/m),同时要求其安全、稳定。
目前常采用长链和中链、而且有不同饱和度的甘油三酯油类来设计SEDDS;经过结构改造后的植物油,如聚乙二醇化的植物油,则更容易形成SEDDS。
3.3 表面活性剂
安全性高的天然乳化剂很少被使用,主要因其自乳化能力较弱。非离子型表面活性剂比离子型表面活性剂毒性小,溶血作用小;化学稳定性高,不受胃肠道中酸、碱的影响,与其他类型表面活性剂的相容性好,可与大多数药物配伍;可改善胃肠道生物膜对药物的透过性,故是处方中最常用的表面活性剂。
处方中一般选择高HLB(≥12)的非离子型表面活性剂[1]。在处方中的用量一般为30%~60%(m/m),用量过多则会刺激胃肠道。高HLB 的表面活性剂降低水的表面张力的作用较强,可促进O/W乳滴的形成,有助于乳滴在水环境中扩散。
3.4 助表面活性剂
在SEDDS中加入助表面活性剂的作用是:(1)使乳化剂具有超低表面张力,有利于微小乳滴的形成和热力学稳定性;(2)改变油水界面的曲率;(3)增加界面膜的流动性,降低膜的刚性[6]。
处方中常使用且可口服的助表面活性剂通常是小分子的醇类,包括2~10 个碳的醇及二醇类,如乙醇、丙二醇;也可以是低分子质量的聚乙二醇;具有不饱和双键的表面活性剂也有类似助乳化剂的作用。但需注意的是,乙醇等挥发性助表面活性剂对SEDDS的软、硬胶囊制剂的囊壁有溶解作用,可能导致胶囊中的内容物泄露[8]。
3.5 其他(辅料)
目前,SSEDDS研究得较多的是颗粒剂、片剂、固体分散体和缓释片剂等。所使用辅料均为各自剂型的相应辅料。但自乳化制剂首先是液态的乳剂,只有转变为相应的固态颗粒后才能经过一些列工艺制备成固体制剂,转变的过程涉及到液体剂型固态化技术。目前自乳化制剂制备成相应的固体颗粒过程中,主要使用具有吸附性的多孔微粉硅胶(Sylysia®)[9]、硅酸铝镁(Neusilin®)[10]、无水磷酸氢钙(Fujicalin®)[11]和二氧化硅(Aerosil®)[12]等。
4 SEDDS的处方筛选及优化方法[13]
目前,对SEDDS的处方设计优化方法主要有(伪)三元相图法、正交设计法、均匀设计法、响应面优化法,包括星点设计效应面法(CCD-RSM)和Box-Behnken 设计效应面法(BBDRSM)、定量构效关系法(QSAR)、高通量处方筛选(HTFS)、D-优化法、单纯形网格法。这些方法各有优缺点,操作中针对实际情况可参照相关文献选用。但需注意的是,SEDDS 研究的是难溶性药物,因此在筛选处方中所使用的表面活性剂和助表面活性剂时,应确定难溶性药物在各种物质中的溶解度后再进行处方筛选。
5 SEDDS的制备方法
传统液体SEDDS通常被设计为单剂量的胶囊剂,性质稳定、制备工艺简单。相对而言,固体形式的SEDDS药物含量更高,但难以确定药物在固体SEDDS中的分散状态,所以一般采用均相液体形式的SEDDS。根据相图确定处方后,将其中各种成分按比例混合即可制得,且与各成分加入的顺序无关。
SSEDDS的制备先是液态的SEDDS与固态的辅料混合[9],包括:(1)将液态的SEDDS吸附在微孔性物质后,再与其他辅料混合;(2)直接与粉末状辅料混合;(3)将固态自乳化基质加热熔融,作为黏合剂加到其余辅料中制粒。
其次,与普通固体制剂不同,SEDDS处方中含大量油性辅料,因此SEDDS 与辅料混合后,可采用挤出-滚圆法制备自乳化颗粒[14],少数可采用高速剪切混合湿法制粒[15],也可用喷雾干燥方法直接制粒[16]。
6 SEDDS的质量评价
6.1 液体自乳化制剂质量评价
液体SEDDS的评价方法一般包括:稳定性、粒径及多分散系数、Zeta电位、形态学、昙点和体外释放研究等。需要注意的是,有学者论述了微乳和纳米乳的特点和区别。微乳(粒径5~100 nm)是油、表面活性剂和助表面活性剂形成的热力学稳定的液体混合物。这个定义区别于只是动力学稳定的纳米乳(5~30 nm)[17]。也有学者质疑许多自乳化传递系统通过肠液稀释后形成的不是热力学稳定的微乳,实际上是纳米乳[18]。同时,SEDDS 口服给药后首先经过低pH 的胃液,随后转运到稍高pH 的肠液,在肠液环境下乳化成乳剂,pH 的改变可能会造成乳剂不稳定。因此,有必要对所研究的SEDDS进行热力学稳定性研究和乳剂稀释后不同pH 环境的稳定性研究。热力学稳定性试验,可将乳剂置于45 ℃和4 ℃、-21 ℃和25 ℃两种不同环境中恒温放置48 h,离心后观察其稳定性[9];稀释后不同pH环境稳定性试验,可将稀释50、100、1 000倍后的乳剂放置在pH 为1.2~6.8 的不同环境12 h 后,观察其是否出现分层或沉淀现象。
对于一些聚氧乙烯类非离子表面活性剂,当温度升高到一定程度时,聚氧乙烯链与水之间的氢键断裂,致使其在水中的溶解度急剧下降并析出,溶液由清变浊或分层,发生起昙现象。当温度降低到昙点以下时,有些溶液恢复澄明,有的则难以恢复。因为SEDDS中需要使用到聚氧乙烯型非离子表面活性剂,当制剂需加热灭菌后使用时,昙点测定应格外注意[8]。
6.2 固体自乳化制剂质量评价
SEDDS 的制备大都会经历“颗粒化或粉末化”过程,然后由颗粒再进一步制备成最终的SSEDDS。因此,除最终制成的SSEDDS固体制剂的常规质量评价外,“颗粒化或粉末化”后的固体自乳化颗粒或粉末质量会严重影响制剂的质量。对自乳化颗粒或粉末一般采用定性及形态学两种评价方法。
6.2.1 定性评价。差示扫描热量计(DSC)可用以定性评价固体剂型的质量。通过药物、多孔吸附性辅料、前两者物理混合物和最后的固体自乳化颗粒四者的热分析图可知,在整个测量温度中,一般具有一定晶型的小分子药物会出现明显的吸热峰(提示为熔点),而多孔吸附性辅料(如二氧化硅)不显示吸热峰;前两者的物理混合物会在药物熔点温度处出现较小的吸热峰(提示药物部分被多孔吸附性辅料吸附),而最终的固体自乳化颗粒会不显示吸热峰(提示药物的自乳化制剂完全被多孔吸附性辅料吸附)[19]。
X 射线衍射(XRD)同样可用以定性评价固体制剂的质量。通过X射线照射,分析4种样品(同DSC技术中所述)的衍射图谱可知,具有一定晶型的小分子药物会出现多个衍射峰,而这些特征的衍射峰会在最终的固体自乳化制剂的衍射图谱中缺失,表明药物被完全包载于多孔吸附性辅料中[20]。
6.2.2 形态学评价。可通过扫描电子显微镜(SEM)对具有一定晶型的小分子药物、多孔吸附性辅料和最终固体自乳化颗粒的表面形态进行观察。一般具有一定晶型的小分子药物为具有一定棱角的不规则晶体;多孔吸附性辅料(如二氧化硅)表面为粗糙多孔;而固体自乳化颗粒应该为不聚集的球形颗粒,且表面不应见到具有晶型的药物,才能表明乳滴被多孔辅料完全包载[21]。
6.3 生物评价
对于SEDDS 的生物评价,目前主要有体外的细胞摄取和细胞毒性评价、在体的渗透和肠吸收评价,还有体内的药动学评价。
激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)是近代最先进的细胞生物医学分析仪器之一。其是在荧光显微镜成像的基础上加装激光扫描装置,使用紫外光或可见光激光荧光探针,利用计算机进行图像处理。其可定性分析体外SEDDS的细胞摄取情况[22],也可观察到SEDDS 在体肠组织渗透情况。与其他检测设备(如高效液相色谱)联用,可达到定性和定量双重评价SEDDS的细胞摄取情况的目的。
MTT 比色法,是一种检测细胞存活和生长的方法。其检测原理为活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲瓒(Formazan)并沉积在细胞中,而死细胞则无此功能。二甲基亚砜(DMSO)能溶解细胞中的甲瓒,用酶联免疫检测仪在490 nm波长处测定其光吸收值,可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内,MTT 结晶形成的量与细胞数成正比。该方法灵敏度高、经济,已广泛应用于细胞毒性评价[23]。
乳酸脱氢酶(LDH)法。乳酸脱氢酶在胞质内含量非常丰富,细胞处于正常状态时其不能通过细胞膜,但当细胞受到损伤或死亡时其便可释放到细胞外。此时细胞培养液中LDH的活性与细胞的死亡数目成正比,通过用比色法测定,可计算出效应细胞对靶细胞的杀伤百分数。该方法也广泛应用于细胞毒性评价[24]。
7 基于自乳化技术的新型药物制剂
7.1 自乳化脂质混悬剂
SEDDS处方中使用大量的脂质材料。脂质本身能够溶解难溶性药物,但是经过体内分散、稀释和胃肠道消化后,脂质的溶解能力将会消失。所以,SEDDS 经胃肠道体液稀释后易导致药物沉淀或结晶。同时,大量的脂质材料会造成胃肠道刺激性。
Shanmugam S 等[25]使用新的脂质材料磷脂酰胆碱和相对少量的表面活性剂及助表面活性剂,制备了难溶性药物叶黄素先不溶解于油相的脂质混悬剂。该混悬剂粒子大小为(16.72±6.82)µm,黏度为(517.40±27.80)cP。在体外该混悬剂经水稀释及温和搅拌后,可自发形成难溶性药物被溶解的乳剂,乳滴粒径为(1.67±0.48)µm,多分散系数为(0.59±0.17),Zeta电位为(-24.05±1.46)mV。该混悬剂与市售产品相比,相对生物利用度提高了16.1倍。
基于自乳化理论的该脂质混悬剂,使用了人体内源性的具有表面活性的磷脂酰胆碱,因而减少了处方中添加的外源性表面活性剂的用量,可大大减小胃肠道的刺激性。虽然难溶性药物未完全溶解于油相中而制备成混悬剂,但是经胃肠道体液稀释后依然可自发形成乳剂并提高难溶性药物的生物利用度。因此,对于在油相中溶解度极低的药物来说,该剂型具有借鉴意义。
7.2 自乳化复乳制剂
SEDDS一直以来都是制备O/W型乳剂,解决难溶性或亲脂性药物体内生物利用度的问题,但是采用水包油包水(W/O/W)型乳剂形式,可以很好地提高BCS中的Ⅲ类高溶解性和低渗透性药物的体内生物利用度。
Qi XL 等[26]首先制备了高溶解性药物匹多莫德的W/O 乳剂,根据该类型乳剂、亲水性表面活性剂、水三者的伪三元相图,制备了在水中可自发形成的W/O/W型复乳的自发双乳化药物传递系统(SDEDDS)。该复乳在25 ℃下可稳定6 个月;相对匹多莫德溶液,体内相对生物利用提高了2.56 倍。经组织病理学研究确认,该制剂可增进匹多莫德肠道吸收,同时未见严重的胃肠道局部损伤。采用该复乳制剂形式,扩大了SEDDS的药物研究范围。
8 结语
大量的研究已证实,SEDDS 能显著增加难溶性药物的溶解分散能力、增进其吸收和提高生物利用度。同时,作为SEDDS的改进,SEDDS在降低生产成本和增加稳定性方面有巨大的优势,并且在开发各种口服固体制剂方面也具有很大的灵活性,已成为该领域目前研究的热点。SEDDS 存在着广阔的研究空间,不断有基于自乳化技术的新剂型研究出现,进一步扩大了其研究范围。随着研究的深入与发展,肯定会有更多的自乳化制剂投入市场。
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