注射用温敏型原位凝胶研究进展

张振东，刘希望，马宁，李剑勇

(中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所/农业部兽用药物创制重点实验室/甘肃省新兽药工程重点实验室，甘肃 兰州 730050)

原位凝胶是将一些高分子材料包裹某些特定药物以液态的形式进行给药，在给药部位受到外界因素的作用进而转变成半固态的新型药物剂型。注射用温敏型原位凝胶是一种注射给药并且以温度作为溶液相转变调节因素的注射凝胶。其凝胶形成的机理是由于外界环境与给药部位的温度差异，使得凝胶中的高分子聚合物发生相转变，在药物缓释领域显示出广阔的应用前景。注射用温敏型原位凝胶有以下优点：(1)根据家畜不同的部位进行选择性注射，凝胶就会在家畜的注射部位形成半固态的药物储存库，持续进行靶向给药；(2)有极其敏感的温度变化感受特性，可随外界环境温度的改变而发生物理性变化，进而调整制剂的理化性状来实现病情的及时有效治疗；(3)其网状结构有高度亲水性质，可以将承载的药物包裹在内，进而控制药物的持续性释放，有良好的缓释效果；(4)有很好的组织相容性，能够对家畜的给药部位减少创伤，并且在用药部位滞留较长时间等特点[1]。主要对注射用温敏型原位凝胶的种类、质量控制和应用进行一个详细、系统的归纳和阐述。

1 注射用温敏型原位凝胶的种类

1.1 壳聚糖 壳聚糖(chitosan, CH) (图1)具有良好的组织相容性，也是目前在自然界中发现的唯一碱性多糖[2]。壳聚糖的生产工艺很简单，甲壳素在160 ℃下与碱液进行反应，当甲壳素分子链上的乙酰基脱离时，剩余的分子残链即为壳聚糖。壳聚糖经过离子交联法、乳化-化学交联法等一系列的加工后可形成注射型壳聚糖温敏相变复合材料[3]，以其为基质所形成的注射用温敏型缓释剂具有良好的温度敏感性和缓释作用。

图1 壳聚糖结构式

1.2 泊洛沙姆 泊洛沙姆嵌段共聚物(Poloxamer copolymer)是在1956年出现于药学领域，之后被广泛应用于药物缓释方面。在美国和欧洲的药典中，对泊洛沙姆嵌段共聚物均有不同程度的介绍。它是由聚氧乙烯(Ethylene Oxide)和聚丙乙烯(Polypropylene)组成的3段共聚物。泊洛沙姆407(Poloxamer 407, P407)是嵌段共聚物的典型代表。它是由聚丙乙烯与聚氧乙烯以3∶7的比例构成，平均相对分子质量为11500 Da[4]。目前冷法是制备注射用温敏型泊洛沙姆407缓释剂的主流方法。将泊洛沙姆407与药物在4 ℃下混合得到均匀溶液即可。Bilensoy等[5]把黏附性聚合物加到柠檬酸盐磷酸缓冲液中，然后要不断地搅拌，最后将P407加到聚合物溶液中进行溶解即可，并对其温敏性进行了综合性评价。

1.3 聚乙二醇嵌段共聚物 作为一种高分子物质，聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)具有良好生物相容性，也是在温敏型注射剂中最常使用的载体[6]。同时聚乙二醇还能与聚乳酸(Polylactic acid)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)形成嵌段共聚物[7]。目前聚乙二醇嵌段共聚物PLGA-PEG-PLGA比较多见[8]。PLGA-PEG-PLGA在常温下是略带淡蓝色的均匀透明液体，当外界环境温度高于其临界温度时，该聚合物会变成白色半透明的半固态。PLGA-PEG-PLGA嵌段共聚物的合成一般会采用开环聚合法。首先分别称取定量的丙交酯、乙交酯和PEG1500，将其分别放入40 ℃和140 ℃烘箱中进行干燥处理，3 h后取出三种样品并混合均匀装入加有催化剂-异辛酸亚锡的西林瓶中，然后将该瓶放入冷冻干燥机中进行抽真空操作，压盖取出后在140 ℃的高温下反应12 h即可。产物用4 ℃的纯净水进行溶解，加热至70 ℃时，使共聚物沉淀并弃去水层就可得到纯化的PLGA-PEG-PLGA共聚物。

2 注射用温敏型原位凝胶的质量控制

注射用温敏型原位凝胶由于其特殊的理化性质，其体外评价也与传统注射剂显示出较大的差异，其质量控制的相关参数主要包括以下几个方面：胶凝温度、稳态粘度、凝胶强度和生物黏附力等[9]。

2.1 胶凝温度 胶凝温度是指溶胶由液态转变为凝胶时的温度[10]。由于注射用温敏型原位凝胶对温度变化极其敏感，所以在胶凝温度的测定方面其步骤比较繁琐。取1 mL凝胶溶液于洗净干燥的试管中置于水浴中升温，每升高1℃，持续5 min，然后将试管顺时针倾斜90°，若内容物在30 s内不流动，记录此时的温度，即为凝胶的胶凝温度[11]。蒋凡[12]研制了氟苯尼考注射用温敏型原位凝胶，然后对其进行初步的质量评价，其中测得氟苯尼考注射用温敏型原位凝胶温度在35.0-36.0 ℃之间。

2.2 稳态粘度 注射用温敏型原位凝胶的主要给药方式是皮下注射，其粘度的稳定性对产品药效的发挥有很大的影响，所以应该对其稳态粘度进行测定。首先取适量的高分子水凝胶置于合适的烧杯中，放于水浴中，在胶凝温度下使其全部胶凝，使用旋转粘度计，选择合适的阻流棒和转速，测定凝胶的稳态粘度[13]。范霄宇[14]等建立了凝胶稳态粘度测定方法并对雌二醇凝胶流变学性质进行了研究，其中对雌二醇凝胶进行了稳态粘度测定，测得雌二醇凝胶的稳态粘度值为2.78帕·秒(Pa·s)。

2.3 凝胶强度 凝胶强度是当凝胶受到外力作用并产生破裂时所需的最小压强[15]。凝胶强度作为凝胶的一个特有的性质，很久以前就有人试图通过用数字标成“凝胶强度”代表“凝胶”性质。但是这种难以量化的方法已不能适应当前实验的要求。随着技术的发展，凝胶强度的测定方法也在不断优化。当前普遍采用的测定方法为：取适量的高分子凝胶液倒入适宜大小的圆柱形模具中，放于恒温水浴锅中，在其胶凝温度下恒温30 min左右，直至全部胶凝。紧接着把凝胶取出放到已称好重量的玻璃瓶中，向上添加砝码，直到由凝胶形成的柱子崩塌，记录此时的承载量，此时的压强就是凝胶强度。申献玲等[16]以P407和P188作为塞克硝唑的载体，制备成塞克硝唑温敏型水凝胶，并对其凝胶强度进行测定，结果表明塞克硝唑温敏型水凝胶黏度适中且强度较好。

2.4 生物黏附力 在药剂学中，生物黏附力是指当某些高分子聚合物从黏附的物质上完全脱落下来所需的最小拉力。对生物黏附力的测定一般有两种方法，即体内测定和体外测定。由于体外测定比较方便、便捷，所以采用体外方法测定生物黏附力的文献比较多见。当然体外方法测定生物黏附力也有其局限性，比如测定结果与体内测定不一致、准确性低等。体外法测定凝胶生物黏附力采用最多的方法是剥离实验(Detachment test)，此方法可以间接以剥离力的大小来评价黏附力，首先将凝胶模型分别粘贴在上下两块光滑的玻璃上，固定好上面的玻璃，再将制备好的凝胶放置两块玻璃之间，用手掌压紧，不要把玻璃压碎，最后用弹簧秤拉另一块玻璃，直至凝胶与玻璃完全分离，此时的剥离力即为黏附力[17-18]。

3 注射用温敏型原位凝胶的应用

近年来，注射用温敏型原位凝胶已成为缓释注射制剂领域研究的一大新热点，其中以壳聚糖、泊洛沙姆407和聚乙二醇嵌段共聚物为代表的注射用温敏型原位凝胶应用尤为广泛。

3.1 壳聚糖作为注射用温敏型原位凝胶载体的应用 壳聚糖注射用温敏型水凝胶是壳聚糖溶液和多元醇甘油磷酸钠混合后得到的温敏型原位凝胶，它具有提高药物生物利用度、良好的生物相容性等优点。Cong Z[19]以壳聚糖和甘油-2-磷酸二钠为主要载体包裹吡喹酮制成的水凝胶在治疗血吸虫病方面有极好的治疗效果，并进一步在家兔体内进行药动学试验，药代动力学参数表明，该水凝胶可以提高药物在体内的停留时间。壳聚糖可以和β-甘油磷酸钠发生中和反应，进而得到液态壳聚糖-甘油磷酸钠复合物(Chitosan/GP, CS/β-GP)。Jun Cui等[20]将壳聚糖/甘油磷酸钠(CS/β-GP)注射到小鼠皮下，发现该凝胶可以在相对温和的环境温度下引导骨再生，由此可见其生物相容性良好。郑艳利[21]在使用壳聚糖温敏性水凝胶治疗猪萎缩性鼻炎时得到了很好的效果。环丙沙星壳聚糖温敏型凝胶在低温下为液态，当凝胶温度上升至机体温度时，壳聚糖变为凝固态，同时开始释放环丙沙星对患有猪萎缩性鼻炎的猪进行治疗。

壳聚糖与细胞有高度兼容性，并且能够增强凝胶机械强度，在很多工作中将其作为一种良好的载体来使用。Yan J等[22]以壳聚糖、甘油磷酸盐和乙基纤维素为载体制备凝胶，在体温下即可形成凝胶，且与骨髓干细胞(BMSC)高度兼容。Wu J[23]以壳聚糖、丝素蛋白、羟基磷灰石等载体为基质制备水凝胶，结果发现该水凝胶有良好的机械强度和显著的降解性。

3.2 泊洛沙姆407作为注射用温敏型原位凝胶载体的应用 泊洛沙姆407以优良的性质在制备注射用温敏型原位凝胶中备受关注。目前，以泊洛沙姆407为载体的注射用温敏型原位凝胶缓释剂克服了许多药物因半衰期短需频繁给药、刺激性强等缺点，显著改善了药物局部注射的生物相容性，有效地延长了药物的释放时间，并进一步提高了生物利用度和治疗效果。高颖[24]选择泊洛沙姆作为处方基质，制备不同浓度配比的空白凝胶，以胶凝时间、胶凝温度和黏度作为评价指标，综合考察筛选出最优处方，并对其外观、显微结构和初步稳定性进行了评价。卢朝成[25]以P407和P188为载体，采用冷溶法将促孕灌注液制成注射用温敏型原位凝胶用来防治母畜卵巢静止和持久黄体不孕症。曹礼华[26]以P407为温敏载体，以乳酸环丙沙星(CPFL)为模型药物，制备的乳酸环丙沙星温敏型原位凝胶，解决了常规CPFL制剂生物利用度不高、半衰期短等问题，为兽医临床抗菌药等药物传递提供新的思路。目前，国内的温敏型原位凝胶注射液的研制进入了快速发展时期，并显示出较高的市场接受度。例如以P407为载体的5%头孢噻呋原位凝胶注射液在治疗猪、牛等呼吸道疾病、乳腺炎及败血症方面显示出较好的疗效。

3.3 聚乙二醇嵌段共聚物作为注射用温敏型原位凝胶载体的应用 聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-PLGA)是目前较为常见的注射用温敏型原位凝胶载体。以聚乙二醇嵌段共聚物为载体所制备的注射用温敏型原位凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性[27]。在对含高羟基磷灰石的PLGA-PEG-PLGA原位凝胶[28]和以辛伐他汀为主药的热敏凝胶[29]进行体外和体内评价时，均验证了其良好的生物相容性和生物降解性。官员[30]以PLGA-PEG-PLGA为载体，以生长激素释放-6(Growth hormone releasing peptide6，GHRP-6)为药物制备成了长效促生长的注射剂，进行体外缓释实验，并将獭兔作为实验动物，客观评价了GHRP-6凝胶缓释剂。

MacroMed公司开发的商品名为ReGel®的温敏型原位凝胶注射剂是以紫杉醇为主药，其缓释效果在体内可持续6周。赢创旗下也生产了一系列生物可降解聚合物，其商品名RESOMER®。该产品最主要的特点在于其能注射后在体内组织内进行降解，在体内聚合物能水解为羟基酸单体，该产品在多种应用中都有良好的生物相容性。

4 展 望

注射用温敏型原位凝胶不但具有注射剂高效迅速、作用可靠的优点，而且具有外界环境温度变化敏感和缓释的特点。所以因其独特的多种优点而在药剂学领域被广泛地应用，也受到越来越多研究者的关注和研究。目前虽然已经有了比较成熟的注射用温敏型原位凝胶产品的上市，但是该剂型也存在着一些缺点，比如载体可能对牲畜的皮肤或者机体有严重的刺激作用，也不符合动物福利原则；另外凝胶中承载的药物在牲畜的注射部位可能会产生突释效效应，从而也就达不到缓释的效果了；还有就是注射凝胶的评价体系还不太完善，目前只有美国药典和欧盟药典对其进行了简单地说明，在中国药典上对其的介绍却很少。随着注射用温敏型原位凝胶研究的不断深入，注射用温敏型原位凝胶作为药物载体的优越性会更加突出，应用于临床将具有更好的前景。

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