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新型药物凝胶剂研究进展

2015-12-09夏爱晓浙江省台州医院药剂科浙江临海37000温州医科大学药学院浙江温州35035

药学实践杂志 2015年3期
关键词:脂质体凝胶温度

夏爱晓,孙 渊,孟 贤(.浙江省台州医院药剂科,浙江临海37000;.温州医科大学药学院,浙江温州35035)

新型药物凝胶剂研究进展

夏爱晓1,孙 渊1,孟 贤2(1.浙江省台州医院药剂科,浙江临海317000;2.温州医科大学药学院,浙江温州325035)

新型药物凝胶剂是近年来兴起的一种新剂型,其在医药领域的应用研究逐渐引起关注。笔者概述其几种常见类型,如智能型水凝胶剂、脂质体凝胶剂、包合物凝胶剂,望为这方面的研究提供参考。

新型药物凝胶剂;分类;研究综述

凝胶剂是指药物与凝胶辅料制成均一的混悬或乳状液型的稠厚液体或半固体制剂。凝胶剂具有吸收速度快、生物利用度高、生物相容性好、质地均匀、易于涂展和清洗、皮肤给药不妨碍皮肤正常功能等优点,且可广泛应用于缓释和控释等新型给药系统。近年来凝胶剂在国际医药市场中表现活跃,表现出一定的市场潜力;国内凝胶剂新药亦在不断涌现,上市的有吡罗昔康凝胶剂、双氯芬酸钠凝胶剂、甲硝唑阴道凝胶剂等。笔者就近年来的新型药物凝胶剂研究进展做一综述,主要包括智能型水凝胶剂、脂质体凝胶剂、包合物凝胶剂。

1 智能型水凝胶剂

水凝胶指在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合物。近年其在很多方面尤其在药物制剂和医用器材的开发方面,如角膜接触镜材料、医用敷料、医用水凝胶护眼贴和组织工程支架等方面进展显著。智能水凝胶是能对外界环境微小的变化产生相应的物理结构和化学性质变化的一类高分子凝胶,能够感知外界刺激,如温度、pH值、离子强度、电场、磁场、光和压力等,可根据所接受的刺激信号不同将其分为温度敏感型水凝胶、pH敏感型水凝胶、温度/pH双重敏感型水凝胶、电场敏感型水凝胶、光敏型水凝胶、磁场敏感型水凝胶、化学物质敏感型水凝胶、压力敏感型水凝胶、生物分子敏感型水凝胶、离子敏感型水凝胶和溶剂敏感型水凝胶等。目前,智能型水凝胶的研究主要有以下几种类型。

1.1温度敏感型水凝胶 温度敏感型水凝胶是对环境的温度变化产生响应,温度的变化可影响一定比例的亲水基团和疏水基团的疏水作用和氢键作用,破坏凝胶体系平衡,从而使凝胶的网络结构改变而体积相变,其体积发生相变的温度称为“临界相变温度(LCST)”。根据水凝胶LCST的高低,可分为高温收缩型和低温收缩型。目前温度敏感型水凝胶以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)聚合而成的最为常用。张弩等[1]通过京尼平的交联作用制备温度敏感型壳聚糖水凝胶,并负载基质细胞衍生因子1β、转化生长因子β1,结果表明该凝胶37℃凝胶时间为3 min,结构致密,为多孔三维支架,能缓慢释放基质细胞衍生因子1β、转化生长因子β1,且能结合软骨下骨钻孔有效修复兔膝关节软骨全层缺损。Machado等[2]研究温度敏感型水凝胶作为治创口感染的抗菌药微球的体外释放和药效学性质,以阳离子抗菌十肽(KSL-W)为模型,以乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)为聚合材料溶剂萃取法制备KSLW微球,粒径为25~50μm,研究微球在含20%泊洛沙姆407(F-127)中释放。20%F-127凝胶载体在24.6℃以下为液态,在体温表层呈透明薄膜,可用于运载微球。体外细胞扩散池实验表明,载肽微球在PBS和20%F-127凝胶中的体外释放度都在70%以上,以动物创伤模型研究释放肽的抗菌活性,载肽微球在PBS和20%F-127凝胶中的实验结果并无差异。表明20%F-127凝胶可作为微球的温度敏感型水凝胶载体。Depani等[3]研究5-氟尿嘧啶(5-FU)壳聚糖-磷酸甘油温度敏感型水凝胶,并考察其制剂学性质及体外释放。鼠L-929成纤维细胞为模型考察空白凝胶体外释放,结果表明37℃凝胶时间为8 min,具有缓释作用;研究瑞士小鼠腹腔注射空白对照载药凝胶毒性,结果表明呈剂量依赖性,体内研究表明与5-FU普通制剂相比,LD50增加2.8倍;对结肠癌小鼠肿瘤内注射研究其有效性,从死亡率和体重指数来评定,该凝胶与5-FU普通制剂抗肿瘤作用相当,但前者的安全性有很大的提高。

1.2pH敏感型水凝胶 pH敏感型水凝胶是体积能随外界环境pH值变化的高分子水凝胶。这类凝胶大分子网络中含有酸性或碱性的基团(如羧基、磺酸基或氨基),可在不同pH环境中发生可逆的离子化-去离子化过程,进而影响水凝胶的亲水性和溶胀性,实现对环境pH的响应能力,在药物控释、生物传感器、组织工程等方面具有重要的应用价值。高晓晔等[4]通过在聚L-谷氨酸侧链部分接枝甲基丙烯酸2-羟乙酯得到含有双键的聚(L-谷氨酸),将其与丙烯酸共聚得到由聚(L-谷氨酸)侧链接枝并交联聚丙烯酸的pH敏感型水凝胶。研究水凝胶在不同pH的缓冲溶液中的溶胀性、溶胀动力学,并通过SEM观察水凝胶的微观结构。结果表明,水凝胶在低pH环境下的溶胀率明显低于高pH环境,不同组分的样品在pH为6.6的介质中的溶胀率为pH为3.0介质中的5倍以上。L-谷氨酸具有调节生物降解性能,在口服药物控制释放载体领域具有良好的应用前景。叶青等[5]制备了丙烯酸和丙烯酰胺共聚接枝半纤维素pH敏感型水凝胶,并以阿司匹林作为模型药物,研究其在模拟胃肠液中的释放性能,结果表明,该水凝胶的阿司匹林缓释效果明显,有望实现药物的控释。Wang等[6]评价了pH敏感PLEAC共聚物水凝胶在体内外的毒性,结果表明其安全无毒,可以用作药物传递系统的载体。田博士等[7]采用自由基聚合法制备pH敏感型水凝胶聚甲基丙烯酸,以疏水性布洛芬为模型药物,凝胶的载药量约为12.9%(w t),在模拟胃液(pH 1.2)中的累积释放量较小(26.5%),释放速率较慢,而在模拟肠液(pH 7.5)中的累积释放量较大(61.6%),释放速率较快,体现了良好的pH敏感控释性能,即利用pH敏感水凝胶这一特殊的性能,可以把药物分子包埋在凝胶网络中,使药物主要集中在pH较高的肠道中释放,以防止口服类药物到达胃时受到强酸性胃液的分解或药物对胃造成刺激。向远清等[8]以凹凸棒土/Poly(HEMA-PEGMA-MAA)纳米复合水凝胶体系为药物载体,采用包埋法制备了5-FU载药体,体外释放结果表明在温度为37℃,pH为1的缓冲溶液中,5-FU的释放速度和累计释放量均很小,且不受凹凸棒土含量影响。而在温度为37℃,pH为8的缓冲溶液中,5-FU载药体的释放速率及累积释放量均较大,且他们均随着纳米复合凝胶中的凹凸棒土含量的减少而增加,该纳米复合凝胶体系可作为5-FU药物的口服释放载体,并具有较佳的控释性能。

1.3双重敏感型水凝胶 随着对于智能高分子凝胶材料研究的不断深入,具有双多重敏感的智能型水凝胶成为这一领域近年来研究的发展方向,如温度/pH敏感、温度/磁场敏感、温度/光敏感、温度/溶剂敏感、温度/离子敏感等,研究最多为温度/pH双重敏感型。Am in等[9]制备了丙稀酸纤维素水凝胶,发现该凝胶具备温度/pH双重敏感性质。当温度处于35~40℃时,该凝胶表现出先收缩后溶胀的温变特性,溶胀度在37℃时达到最小值。随着pH值的增大,该高分子水凝胶也呈现出先上升后下降的趋势。随着纤维素分子量的增加,其最大溶胀度增大,但其pH的相转变点则没有影响。Cha等[10]研究了不同含量羧化纳米晶状纤维素和异丙基丙烯酰胺的pH/温度双重敏感的共聚高分子水凝胶。随着该纤维素含量的增加,虽然其温度和pH相转变点没变,但其最大溶胀度发生了变化。Lü等[11]合成了聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和羟甲基化纤维素(CMC)的半互穿网络水凝胶。该凝胶具有温度和pH双重敏感性。随着CMC浓度的增加,该凝胶的体积相变点从29.9℃降低至24.5℃;而其pH敏感性不变,其相变点始终在pH 4。

1.4电场敏感型水凝胶 电场敏感型水凝胶能随外加直流电场的改变而发生体积转变,其通常也是高分子电解质。一般来说,只要聚合物链段上带有电荷,无论是合成还是天然高分子凝胶,都会在电场作用下发生收缩、溶胀,或者水凝胶在一侧溶胀、另一侧收缩,导致发生弯曲。这些变形的原因主要是凝胶内外在电场的作用下产生离子浓度差,进而引起了渗透压的变化。肖林飞等[12]以丙烯酰胺(AM)和二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)为单体,制备了AM/DMDAAC水凝胶,考察了水凝胶的离子强度敏感性和pH敏感性,以及在外加直流电场刺激下的消溶胀动力学,结果表明,其有灵敏的离子强度敏感性,对pH敏感性较低,同时DMDAAC单体含量越多对电场越敏感。

1.5光敏感型水凝胶 光敏感型水凝胶带有生色团,经紫外或可见光照射时,生色团发生异构化,产生响应。光刺激溶胀体积变化是由于聚合物链的光刺激构型的变化,即其光敏部分经光辐照转变成异构体,其反应包括偶氮基团等的反式-顺式异构、无色三苯基甲烷衍生物的解离等,而其敏感部分即为光敏变色分子,可发生光异构化、光解离,因基团构象和偶极矩变化而使凝胶溶胀。含无色三苯基甲烷氰基的聚异丙基丙烯酰胺凝胶的溶胀体积变化与温度关系,研究表明,无紫外线辐射时,该凝胶在30℃出现连续的体积变化,若在32℃对凝胶进行交替紫外辐照与去辐照,凝胶发生不连续的溶胀-收缩,其作用类似于开关的功能。光敏感型水凝胶能反复进行溶胀-收缩,可用作光能转变为机械能的执行元件和流量控制阀等。由于光波不会对一些脆弱的生物器官和组织造成损伤,光敏感型水凝胶在生物医药领域将有着重要的应用。Lin等[13]用香豆素改性中孔生物活性玻璃作为光敏载体,通过改变紫外波长而达到“开-关”控释的目的。谭连江等[14]合成了一种结合了螺吡喃的N-乙烯基吡咯烷酮与NIPAm共聚物水凝胶。由紫外-可见光谱以及水凝胶周期性交替的紫外光照射和黑暗条件的响应可知,水凝胶具有光致变色特性,且该特性具有良好的可恢复性。

1.6磁场敏感型水凝胶 磁场敏感型水凝胶由铁性物质或亚铁性物质填入聚合物制成,它能在磁场的作用下产生溶胀,为聚合物三维网络和磁性组分所构成的复合凝胶。张书第等[15]采用物理交联的方法制备了聚乙烯醇(PVA)/明胶/Fe3 O4磁场敏感型水凝胶,结果表明,PVA/Fe3O4磁场敏感型水凝胶加入明胶后,力学性能提高,脱水率和溶胀度随磁性粒子增加而增大。Paulino等[16]以壳聚糖、丙烯酸及N,N-亚甲基双丙烯酰胺利用交联共聚反应制备了壳聚糖磁型水凝胶,并经试验证明该水凝胶与磁性粒子(Fe3O4)分散均匀。魏亚超等[17]以混旋丙交酯、乙交酯和聚乙二醇1 500为原料采用开环聚合法合成温敏型聚丙交酯-乙交酯-聚乙二醇-聚丙交酯-乙交酯(PLGA-PEG-PLGA)嵌段共聚物,加入不同剂量的磁流体配制成不同浓度的磁场敏感型温敏型水凝胶,设定不同交变磁场电流,分别观察磁流体浓度和交变磁场电流对体系升温的影响,结果表明,磁敏感型温敏型水凝胶具有良好的温度敏感性,并且在体外交变磁场中能够很好的升温并达到水凝胶相变温度使其发生相变。并可通过改变磁流体的浓度和交变磁场电流来实现对体系温度的控制。

1.7化学物质敏感型水凝胶 化学物质敏感型水凝胶能对特定化学物质(如葡萄糖、特殊离子等)的不同浓度作出响应,产生不连续性体积相转变。如胰岛素释放体系的响应性借助于多价羟基与硼酸基的可逆键合。硼酸与聚乙烯醇(PVA)的顺式二醇键合,形成结构紧密的高分子配合物。当葡萄糖分子渗入时,苯基硼酸和PVA间的配位键被葡萄糖取代,上述大分子间的键解离,溶胀度增大。因此,这种高分子配合物作为胰岛素的载体,以半透膜形式包裹药物达到控释目的。系统中聚合物配合物的形成、平衡与解离随葡萄糖浓度而变化。也就是说它能传感葡萄糖浓度信息,执行药物释放功能。Zhang等[18]制备了一种由聚(N-异丙基丙烯酰-co-丙烯酸)纳米粒子、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶和乙基纤维素组成的葡萄糖敏感复合膜,可通过葡萄糖浓度来调控膜的溶胀或收缩,进而调节胰岛素释放。

2 脂质体凝胶剂

脂质体凝胶制备技术使外用凝胶剂具有皮肤组织靶向性,使药物具有较大的角质层透过量,使进入血液循环的药量少,对皮肤组织表现出相对靶向作用。脂质体以混悬液状态存在,给药时流动性太大,给患者带来不便,将其制备成凝胶剂,能降低脂质分子的流动性,防止药物渗出脂质体并有助悬作用,可增加脂质体的稳定性。如时军等[19]采用薄膜分散-探头超声法加研磨法制备丹皮酚阳离子脂质体凝胶剂,利用阳离子脂质体载体包裹中药牡丹皮的活性成分丹皮酚,使其直达真皮层,发现相比于传统的丹皮酚软膏,脂质体凝胶可加速组织创伤修复和愈合、消除破损皮肤的炎症,为中药凝胶剂在皮肤病方面的治疗提供了有益的探索和尝试。张扬等[20]采用逆相蒸发法制备水杨酸脂质体,采用离心法测定脂质体包封率、渗透率,正交试验优化水杨酸脂质体凝胶剂的制备工艺。结果表明水杨酸脂质体的包封率为75.86%、渗透率为1.37%;最佳工艺为:卡波姆3 g、甘油5 g,搅拌温度40℃,搅拌15m in。水杨酸脂质体,包封率较高,性质稳定;将水杨酸包封在脂质体内制成凝胶,可较好控制水杨酸治疗浓度,避免浓度过高对皮肤产生刺激,起到缓释作用。

醇质体与凝胶技术相结合,使醇质体分布于凝胶的三维网状结构中,提高其稳定性,醇质体含有较高浓度的乙醇,本身就是一种良好的透皮吸收促进剂。王军等[21]采用注入法制备酮洛芬醇质体,通过正交试验优选较佳处方和工艺;采用研和法制备醇质体凝胶,HPLC法测定其中主药的含量,透析法测定包封率。结果所得醇质体粒径小而均匀,包封率较高。本品因口服酮洛芬对胃肠道有刺激,将其制成经皮给药制剂,可以直接通过皮肤吸收进入患处的毛细血管,避免了胃肠道的不良反应及肝脏首过效应。胡蓉等[22]采用注入法制备槲皮素醇质体,再加入适量卡波姆制成凝胶剂。对槲皮素醇质体的形态、粒径、表面电位、包封率、载药量进行了考察,并研究了它的抗炎作用。结果表明,得到的槲皮素醇质体为类球形,粒径分布均匀,平均粒径为352.7 nm,Zeta电位为-10.78 m V,包封率为61.25%,载药量为3.05%,与空白对照组比较,槲皮素醇质体凝胶剂可抑制二甲苯所致的小鼠耳郭肿胀,抑制率为37.42%,具有较显著的抗炎作用,可作为一种自由基清除剂局部给药。表明槲皮素醇质体凝胶剂性质稳定,具有靶向性。

3 包合物凝胶剂

包合物凝胶在持久释放药物的同时,具有恒定的体外透皮渗透速率,并不增加血中药物的浓度,因此可降低药物的毒副作用,具有促进药物进入皮肤、增加药物局部聚集,限制药物全身吸收的优点,适于长期给药。包合物凝胶剂中的药物因被包合而较为稳定,在相同的pH条件下不易解离,可维持较大比例的分子型药物,增加了药物在皮肤角质层的分配系数,因此渗透系数增大,相对于游离药物,被包合的药物更容易通过角质层并滞留在皮肤内形成贮库。β-环糊精(β-cyclodextrin)是一种超微型药物载体,能改变皮肤角质层结构,使皮肤角质层叠状细胞结构发生重排,便于β-环糊精包合物通过,从而导致药物缓慢恒定地释放,局部作用更直接而持久,达到缓控释的目的[23]。李彦萍[24]采用小鼠醋酸扭体法和热板法观察酮洛芬-羟丙基-β-环糊精包合物凝胶剂的镇痛作用;采用二甲苯致小鼠耳郭肿胀法,角叉菜胶致大鼠足跖肿胀法观察酮洛芬-羟丙基-β-环糊精包合物凝胶剂的抗炎作用;并对家兔皮肤多次涂药进行刺激性实验。动物实验结果表明,酮洛芬-羟丙基-β-环糊精包合物凝胶剂能显著减少醋酸所致的小鼠扭体反应,提高小鼠热刺激引起的痛阈,明显抑制二甲苯所致的小鼠耳郭肿胀和角叉菜胶所致的大鼠足跖肿胀。即酮洛芬-羟丙基-β-环糊精包合物凝胶剂具有明显的镇痛及抗炎作用,值得开发研究。Nagai等[25]研究曲尼司特纳米凝胶对大鼠肿胀关节炎的治疗效果,羟丙基-β-环糊精甲基纤维素和卡波姆-934为基质研磨法制备曲尼司特纳米凝胶,获得的凝胶粒径为(71.0±25.4)μm。体外皮肤渗透性实验表明,其渗透率和渗透效果高于曲尼司特微粒药膏[粒径为(50.5±26.3)μm],对于肿胀关节炎的治疗效果也更优,因此曲尼司特纳米凝胶可开发用于临床关节炎的治疗。

4 展望

凝胶剂作为一种新型制剂备受关注,但同时它也有自身的缺陷。今后凝胶研究的重点和难点:①研究与开发良好的透皮吸收渗透促进剂。②研究与开发中药凝胶剂。③研究凝胶剂不同的给药系统,评价其安全性、有效性,如口服凝胶剂等。④研究与开发凝胶剂新型基质与辅料,优化制备工艺。

凝胶剂是近年来兴起的一种比较方便易制的药物新剂型,在临床应用中已显示出它的优越性。凝胶剂作为一种可制成不同给药类型,越来越多地引起研究者的重视和关注。目前,随着凝胶剂在新剂型研究中的进一步深入,将会有更多的新技术、新方法以及新材料被引入,其应用范围将不断拓宽,未来的发展将是不可估量的。随着临床应用的增多,考虑到患者用药的安全性,选择一种具有较高的生物安全性和优良化学性质的辅料是今后凝胶研究的热点,目前比较有希望的天然聚合物(如壳聚糖)和合成单体(如丙烯酸)具有这两方面的优势。

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Research progress of novel drug gel

XIA Aixiao1,SUN Yuan1,MEN Xian2(1.Department of Pharmacy,Taizhou Hospital,Linhai 317000,China;2.School of Pharmacy,Wenzhou Medical University,Wenzhou 325035,China)

The novel drug gelwas a new formulation,which was appliedmore andmore inmedicine field recently.The intelligent hydrogel,liposome gels,clathrate gels were summarized,which could be provide reference for counterparts.

novel drug gel;classification;literature Review

R944

A

1006-0111(2015)03-0205-05

10.3969/j.issn.1006-0111.2015.03.004

2014-04-15

2014-09-29

[本文编辑] 顾文华

夏爱晓,硕士,药师.研究方向:临床药学以及临床新制剂.Tel:(0576)85199810;E-mail:aixiao13579@163.com

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