纳米乳载药研究进展*

2020-03-16王敏娟李惠民冯锁民周思敏

化工科技 2020年1期

王敏娟,李惠民,冯锁民**,许清,周思敏,王霞,任曼

(1.西安医学院药学院，陕西西安 710021；2.商洛职业技术学院，陕西商州 726000；3.西北大学生命科学学院，陕西西安 710069)

纳米乳(nanoemulsions，NE)是由水相、油相、乳化剂和助乳化剂按适当的比例形成的粒径为1～100 nm乳滴分散在另一种溶液中的热力学稳定体系[1-2]。纳米乳作为一种新型多元载药系统，既可以增加难溶药物[3]和脂溶性药物的溶解度[4-5]，也可以负载水溶性药物，延长作用时间，提高药物的生物利用度[6]，发挥缓释、靶向作用。随着纳米技术的迅猛发展，纳米乳在各行各业的用途越来越广泛，作者概括介绍了纳米乳的概况、制备方法、载药形式、应用等。

1 纳米乳概况

纳米乳乳滴大多为大小均匀的球形，粒径大多小于100 nm，外观透明或半透明，黏度低，可过滤除菌，可热压灭菌或离心仍不分层，是胶体分散系统，也是热力学稳定体系。与普通乳剂在组成上相比，需要加入助乳化剂才能形成粒径较小的乳滴，且乳化剂与助乳化剂的用量比普通乳剂要大得多，一般在10%～30%。纳米乳的类型与普通乳剂一样分3种，水包油(O/W)型、油包水(W/O)型及双连续型(W/O/W或O/W/O)。

纳米乳的乳化剂种类与普通乳剂一样，天然的有阿拉伯胶、西黄耆胶、明胶、磷脂与胆固醇等；合成乳化剂中常用的是非离子型的Span类、Tween类、Myrj类、Brij类、poloxamer、聚氧乙烯氢化蓖麻油(Cremophor RH40)、蔗糖脂肪酸酯类和单硬脂酸甘油酯等。乳化剂的选择要参照纳米乳的类型、油相和药物的亲油亲水平均值(HLB)值。

助乳化剂能增加乳化剂的溶解度，协助乳化剂降低界面张力，增加界面膜的流动性，调节乳化剂的HLB值，使纳米乳滴能够自发形成。常用的助乳化剂是小分子的醇类，如乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁醇、戊醇等，还有PEG200、PEG400、PEG600等[2]。

油相[7]是脂溶性和难溶性药物的主要载体，其分子量的大小对纳米乳的形成至关重要，选择范围比普通乳剂要小得多。应选择成分较纯，性质稳定，对药物溶解度大，黏度低，分子量小的短链油类。常用的如合成的肉豆蔻酸异丙酯(IPM)、棕榈酸异丙酯(IPP)、中链(C8～C10)脂肪酸甘油三酯(如辛酸/癸酸甘油三酯(Miglyol 812)、辛酸甘油三酯Captex 355)，天然植物油中分子量小的中链脂肪酸(C8～C10)，如豆油、麻油、棉籽油、花生油、橄榄油等，但乳化较难，同时乳剂的外观颜色较深。

2 纳米乳的制备方法

2.1 纳米乳处方组成筛选

处方组成筛选是制备纳米乳的关键，其目的为获得稳定的纳米乳，获得最小粒径和最小多分散系数(polydispersity index,PDI)的纳米乳，获得具有特定功能的纳米乳[8]。处方筛选实质是确定油相、乳化剂、助乳化剂的种类以及与水相的最佳配比。若处方组成及比例不当，就不能形成纳米乳或形成的纳米乳区域太小，不能达到增溶药物的目的。处方筛选一般通过实验对比并结合相图绘制来进行[1]。相图的绘制有2种方法，一种是三元相图(Ternary phase diagram)，另一种是伪三元相图(Pseudo-ternary phase diagram)，也称改良的或拟三元相图。

绘制三元相图时[9]，将乳化剂(或油相)及其用量固定，油、水、助乳化剂占正三角形3个顶点，用恒温滴定法制作相图。即用水来滴定按一定比例混合的油、乳化剂、助乳化剂溶液，持续搅拌平衡后观察混合体系的状态，以出现澄清、透明或半透明或有蓝色乳光时判定为刚形成纳米乳(成乳)，持续加水至体系开始变浑浊或乳白色状态时(破乳)，记录出现上述2种状态时滴加的水量，计算各组分的百分比，绘制该固定乳化剂用量下的三元相图，确定形成纳米乳的区域。同法经过实验做不同乳化剂(或油相)比例的三元相图，并进行比较，以形成纳米乳区域最大、粒径最小、乳化剂及助乳化剂用量最少的各组分比例，为制备该纳米乳的最佳处方。应用最多是利用伪三元相图来筛选纳米乳的处方组成[10-12]，因为纳米乳的处方组成至少4种。伪三元相图适用于四组分及以上的体系，常采用变量合并法，即固定两组分的配比，使实际变量不超过3个，仍可用三元相图表示，这样所得的相图称为伪三元相图。一般以乳化剂/助乳化剂的配比(Km)、油、水三组分绘制伪三元相图。Km值是指乳化剂与助乳化剂的比例，在确定了合适的乳化剂与助乳化剂后，不同的Km值所形成的纳米乳体系也有所不同。实验时，先将乳化剂/助乳化剂配比Km按4∶1～1∶4混合，然后二者总质量与油相分别按9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9的质量比进行搅拌混合，再加水用恒温滴定法制作不同Km值的伪三元相图，并进行比较，以形成纳米乳区域面积最大、粒径最小、乳化剂与助乳化剂用量最少的Km值下的各组分比例，为最佳纳米乳处方组成。另外伪三元相图的制备方法还有加油滴定法、加乳化剂滴定法、交替加入法等，但以恒温加水滴定法最常用。

2.2 纳米乳的制备

只要纳米乳的处方选择适当，就能自发形成纳米乳，且与各成分的加入顺序无关。一般采用低能乳化法，即在恒温搅拌下，向含有乳化剂、助乳化剂、油的混合体系中滴加水，体系瞬间变透明即形成纳米乳。

2.3 纳米乳的评价

纳米乳的常规评价主要包括乳剂类型、乳滴粒径及其分布、稳定性、外观形态，pH值、黏度、药物的包封率等[13]。粒径检测一般采用激光粒度测定仪，纳米乳形态采用透射电镜(TEM)。药效学评价是载药纳米乳内在质量的主要评价指标，包括体内和体外药效学评价。体内药效学评价主要是通过将纳米乳给予模型动物[12]或者适应症患者，测定血药浓度及药动学参数或者观测主要药效学指标(如血压、血糖、血脂等)的变化。体外药效学评价主要是模拟体内环境来观察纳米乳的释药情况，作为体内药效学评价的补充和参考依据。比如抗肿瘤药物纳米乳的体外细胞培养、抗菌药物的杀菌效应[14]等；皮肤、黏膜、腔道给药等纳米乳的经皮给药系统，在透皮扩散仪上观察药物在离体动物皮肤或黏膜上的透皮情况；口服纳米乳制剂采用溶出度测定中的浆法，将装在半透膜或扩散池中的纳米乳固定于溶出杯适当位置，与普通制剂一样测定药物在介质中的释药情况。

3 纳米乳载药的新形式

纳米乳既是一个独立的载药剂型或者终端载药体系，也可以是载药的中间体，或者说是难溶药物的中间处理形式，可进一步加工成其他剂型成为复合载药剂型，优势互补，发挥协同增效作用。

3.1 自乳化纳米乳

自乳化纳米乳载药系统(self-nanoemulsifying drug delivery system，SNEDDS)是由药物、油相、乳化剂和助乳化剂组成的无水均一和各相同性的固体或液体给药系统。与水接触后，在常温条件下搅拌或振摇，即可自发形成约10～100 nm或水包油型纳米乳剂[15-17]。SNEDDS口服，进入胃肠道与水接触，在胃肠蠕动下迅速自乳化，溶液中的药物被引入纳米级油滴中，为药物释放和吸收提供了更大的界面表面积，药物分散度高，从胃中迅速排空，使胃肠道中的药物释放加快，并显著改善药物体内吸收。SNEDDS可有效提高水难溶性药物的溶解度、溶出度和生物利用度，还具有制备简单，可大规模生产等优点[18]。

Jain A K[19]等研究了槲皮素自乳化纳米乳的处方组成和制备工艺，并进行了抗氧化活性对抗癌功效的影响实验。Khan[20]等对水溶性差，来源于葡萄柚中的黄酮类化合物柚皮素进行了SNEDDS的设计、表征与体内外评价。国内钟芮娜等[21]直接以中药石菖蒲中提取的挥发油为油相，聚氧乙烯脱水山梨酸单油酸酯为乳化剂，PEG-400为助乳化剂，制备了石菖蒲挥发油自纳米乳，并进行了质量评价，结果显示自乳化纳米乳处方简单，载药量高，同时提高了石菖蒲挥发油的溶解度。李金成[22]进行了大黄游离蒽醌自纳米乳化递释系统的构建及评价，实验显示大黄游离蒽醌纳米乳稳定性好，适于常温避光保存。其口服生物利用度与混悬液比较，生物利用度提高，体内平均滞留时间延长。祁利平等[23]对外用治疗关节肿痛的复方痛痹舒进行了自微乳释药系统的基质组成研究，解决了处方中有效成分极性相差悬殊的问题，为提高各成分生物利用度奠定了实验基础。张南生[24]等利用伪三元相图研究了人参皂苷Rg3自纳米乳释药系统的处方组成，采用混合乳化剂可获得较为理想纳米乳体系，制备的空白微乳和载药微乳呈澄清透明液体。

3.2 纳米乳凝胶剂

纳米乳凝胶剂(nanoemulsion-based gels，NBGs)是将载药的纳米乳液加入凝胶基质中形成的透明、稳定的网状结构胶体。纳米乳能够显著降低药物的刺激性，并具有良好的透皮性和稳定性，凝胶则能提高乳剂的黏度，增强其黏附性和涂展性，延长药物滞留时间，发挥缓释长效和靶向作用。NBGs是纳米乳在透皮给药、黏膜给药、腔道给药的主要延伸剂型之一，是一种具有广阔应用前景的新型外用给药系统。

积雪草苷具有促进创伤愈合、抑制皮肤疤痕的形成，临床上主要用于修复瘢痕，然而由于积雪草苷相对分子量较大，水溶性低，普通软膏剂透皮作用不理想，治疗效果不显著。彭倩[25]等将积雪草苷研制成纳米乳凝胶，并在体外比较了与其软膏剂、纳米乳的透皮效果和作用机制。结果表明制备的积雪草苷纳米乳凝胶具有良好透皮特性，其透皮机制主要是通过破坏皮肤角质层微观结构和借助皮肤附属器途径，使药物透过皮肤发挥治疗作用。李文华[26]等将苦参总碱做成纳米乳凝胶剂，用于急性、亚急性湿疹的治疗，并研究了其透皮作用机制。结果显示苦参总碱纳米乳凝胶主要通过破坏皮肤角质层及皮肤超微结构进行透皮吸收，同时皮肤中的毛囊及其附属器对药物的透皮也发挥了一定的作用。王小宁[27]等研究了牡丹籽油纳米乳凝胶，体外透皮实验结果显示纳米乳凝胶能显著增加牡丹籽油的透皮性能，为牡丹籽油在化妆品领域的应用提供参考依据。蔡雅琴[28]、林於[29]等也分别制备和评价了载药的纳米乳凝胶剂，均表明药物的透皮性能提高，刺激性降低。

3.3 纳米乳软胶囊

纳米乳软胶囊是将药物做成自乳化纳米乳或W/O纳米乳，通过压制法或滴制法密封于球形或椭圆形软质囊材中制成的胶囊剂。纳米乳做成软胶囊，不仅使液体药物固体化，便于储存运输，提高了药物制剂的稳定性，而且口服后进入体内，遇胃液在胃的蠕动下，囊壳溶解破裂，释放药物成纳米乳滴，比表面积增加，溶解加快，吸收增加。

环孢素A是一种新型的高效免疫抑制剂，主要用作肾、肝和心脏等器官和组织移植的免疫抑制剂，还用于自身免疫疾病的治疗。但环孢素A疏水性强，溶解度低，生物利用度差，用药的个体差异大，不良反应发生率高。为了解决这一难题，陆继好[30]等进行环孢素A自微乳软胶囊的研制。以中链脂肪酸甘油酯MCT为油相溶解环孢素A，无水乙醇、丙二醇为潜溶剂，聚氧乙烯氢化食用植物油RH40为乳化剂，失水山梨醇油酸酯为助乳化剂，优选组成环孢素自微乳化给药系统，药物以溶液状态灌封于软胶囊中。由于无水相存在，环孢素A药物稳定，软胶囊在胃肠道崩解后自动乳化成平均粒径为24 nm的纳米乳，直接被肠道吸收，提高了环孢素A的生物利用度，降低了服用量，使产品安全有效，质量可控。顾轶娜[31]等进行了以藁本内酯为主要成分的中药川芎挥发油自微乳化软胶囊的制备及处方工艺研究，结果表明该制剂提高了藁本内酯的稳定性，增加了溶解吸收。倪志伟等分别进行了降糖药那格列奈[32]和降压药缬沙坦[33]纳米乳软胶囊的研制，提高所载药物在体内的溶解度和生物利用度，体现了纳米乳软胶囊的优势。

3.4 纳米乳滴丸剂

纳米乳滴丸剂是先将药物制成自乳化纳米乳，然后再分散在水溶性基质如PEG类或脂溶性基质中加热熔融，再滴入不相混溶的冷凝液里冷却收缩成球丸。该制剂相当于将自乳化纳米乳分散在基质中制成固体分散体，因此对于基质的选择以及载药纳米乳与基质的比例优化至关重要。纳米乳滴丸是纳米乳固体化，提高了制剂的稳定性，口服进入胃肠道，基质溶化，在胃肠蠕动下，形成O/W纳米乳释放药物，发挥作用。

石菖蒲具有抗心肌缺血、抗心律失常、抗血栓、降血脂、抗血小板聚集等作用，用于急性心肌缺血的治疗，其药效的物质基础是石菖蒲挥发油，但挥发油易挥发、难溶于水、生物利用度低。为了更好的发挥石菖蒲挥发油的治疗效果，钟芮娜等[34]将石菖蒲挥发油制成自纳米乳滴丸，并研究了对心肌缺血损伤的保护作用。优化的工艺为w(石菖蒲挥发油)=47.1%，w(乳化剂)=46.8%的Tween-80，助乳化剂w(PEG400)=11.5%，涡旋混匀制成自乳化纳米乳，与加热熔融的基质[m(PEG6000)∶m(PEG8000)=1∶1]按1∶2.5混匀，75 ℃保温，以35滴/min的滴速滴入二甲基硅油(H201-50)冷凝剂中，滴距5 cm，冷却(冷凝剂温度2～10 ℃)，固化成丸，取出，除去表面的二甲基硅油，即得石菖蒲挥发油自纳米乳滴丸。体外溶出度实验显示10 min累积溶出率达93.85%，20 min累积溶出率为100%，达到速效的作用，可用于急性心肌缺血的治疗。

3.5 纳米乳涂膜剂

纳米乳涂膜剂是将载药的纳米乳均匀分散在成膜材料的溶剂中，涂抹使用时有机溶剂迅速挥发，形成薄膜保护用药部位，同时逐渐释放所载药物发挥治疗作用。纳米乳涂膜剂降低了疏水性药物与膜表面的界面张力，使药物均匀紧密地铺展在膜表面，发挥长效药理作用。

吴玲艳[35]进行了纳米乳涂膜剂在果蔬保鲜应用上的研究。实验制备了非吗啉纳米乳涂膜剂和普通涂膜剂，并选取甘薯、柑橘进行涂膜保鲜对比实验，结果证明纳米乳涂膜剂具有更好的均一稳定性、更好的抑菌性和保鲜性能。该研究为高档水果特别是出口果蔬，开发纳米级、可食性和有抑菌效果的果蔬涂膜保鲜剂提供了实验依据,具有巨大的应用前景。孙正烜[36]也进行了新型可食性纳米乳涂膜保鲜剂的制备及其应用研究。实验选取牛奶枣、枇杷以及鸡蛋进行涂膜保鲜实验,以氨水代替吗啉、以巴西棕榈蜡为成膜材料制备纳米涂膜保鲜剂,优化了制备工艺。通过粒径、Zeta电位、PDI、接触角、pH值、黏度以及毒理实验等指标评价新型涂膜剂的性能和安全性。结果表明,新型可食性纳米乳涂膜保鲜剂具有无毒性、良好的稳定性和保鲜性能，对牛奶枣、鸡蛋、枇杷保鲜有良好的效果。

3.6 纳米乳颗粒(Self-Nanoemulsifying Granules,SNEGs)

纳米乳颗粒是将自乳化纳米乳用惰性固体辅料吸附(如二氧化硅、滑石粉、淀粉、甲基纤维素等)或制成固体分散体，成为合适的软材，再进行挤压制粒或熔融一步制粒成为颗粒剂[37]。SNEGs兼具固体颗粒剂及液体纳米乳制剂的优点，解决了液体自纳米乳制剂长时间放置会发生不可逆转化、产生沉淀等不稳定问题，拓展了SNEDDS的剂型。

3.7 纳米乳粉雾剂

纳米乳粉雾剂是将载药纳米乳加入适当的辅料(如甘露醇)，经低温冷冻干燥或喷雾干燥使药物微粉化，装填于特殊的给药装置，以干粉形式将药物喷雾于给药部位，发挥全身或局部治疗作用，纳米乳为药物微粉化或固体化提供了一种途径，提高了药物制剂的稳定性。国内ZhuLifei[41]等人将制备的二甲基硅油纳米乳，加入赋形剂甘露醇制成冻干粉，在急性肺损伤中吸入给药作消泡剂使用，体外消泡速率大于单纯的二甲基硅油或其普通的气雾剂，体内小鼠急性肺损伤动物模型的治疗效果优于普通的二甲基硅油气雾剂。与普通的气雾剂相比，绿色、环保、无污染。

4 纳米乳的应用

纳米乳作为输送药物的新型载体[42-43]，在医药、食品[44]、农业、石油化工、化妆品[45]等领域应用越来越广泛，其中在医药领域研究最多。纳米乳在输送药物上，除了口服和注射外，外用的经皮给药系统和脑靶向给药系统是近年来研究的热点。

纳米乳经皮给药系统，减少了皮肤的刺激性和毒性，比普通乳剂更易透过角质层,以完整的结构经毛囊被人体吸收，除了局部治疗作用外，也可发挥全身治疗作用，避免了首过效应以及胃肠道对药物的影响。Rai[46]等对纳米乳作为透皮给药载体的处方开发、稳定性、应用、影响因素等方面进行了综述。Souza[47]等回顾了纳米乳在皮肤病学领域中使用的主要治疗方法以及与其他治疗方法相比的结果和优势，结果表明纳米乳在功效、安全性、渗透性和生物利用度方面具有更好的性能。

纳米乳脑靶向给药系统可以克服血脑屏障(Blood brain barrier,BBB)对进入脑部治疗药物的控制和限制，增加药物通过BBB的能力，提高脑内血药浓度，更好的发挥药物对脑血管疾病、中枢神经系统疾病的治疗效果。Karami[48]等综述讨论了纳米乳作为最有希望的CNS药物载体候选物之一的最新进展、影响和面临的挑战。纳米乳脑靶向给药的另一途径是通过鼻-脑通路的鼻腔给药系统。鼻-脑通路(Nose-to-Brain)可以直接将药物靶向大脑，避免首过效应并绕过BBB，通过鼻腔途径，药物可以直接沿着位于鼻腔上部的三叉神经和嗅神经进入大脑。Bonferoni[49]等介绍了纳米乳用于鼻-脑靶向的现状，特别关注最近的出版物，认为纳米乳代表了通过鼻内途径将药物直接递送到大脑中的有希望的制剂，可以用作口服给药的可能替代物，鼻纳米乳剂似乎是有效的、非侵入性的和安全的药物递送系统，以实现用于治疗神经疾病的脑靶向。Comfort[50]等指出，纳米乳剂在鼻腔给药中表现出巨大的潜力，增加了许多药物对全身和鼻-脑递送的吸收和生物利用度，但纳米乳剂尚未被提出用于治疗鼻部局部疾病，同时鼻用纳米乳缺乏详细的毒理学研究和广泛的临床试验。Dalpiaz[51]等指出鼻-脑通路为抗病毒药物进入CNS提供了新途径，通过对纳米乳基质配方的调整和制剂工艺的改进，可以输送高活性抗逆转录病毒药物通过鼻-脑通路攻击CNS的艾滋病毒。徐雄波等[52]将尼莫地平做成纳米乳鼻腔给药，并进行脑组织靶向性初步评价。大鼠实验表明，尼莫地平纳米乳鼻腔给药比尼莫地平纳米乳注射液尾静脉注射给药更具有脑组织靶向性。肖嘉婧[53]进行了经鼻复方丹参纳米乳原位凝胶的研制及其大鼠体内药动学研究，结果鼻腔给药复方丹参纳米乳原位凝胶的血浆和组织的药物浓度高于鼻腔给药原位普通凝胶，且吸收快，鼻腔给药在脑中的药物浓度高于灌胃复方丹参滴丸，而且作用时间较长。复方丹参纳米乳原位凝胶相对普通原位凝胶的脑靶向效率为13.01%，相对口服滴丸为653.00%。曹丹丹[54]等将肉苁蓉苯乙醇苷做成纳米乳，鼻腔给药治疗老年痴呆，并进行了急性毒理学研究，结果显示纳米乳鼻腔给药安全，无明细毒性。以上实验进一步印证了纳米乳鼻腔给药的脑靶向性和安全性。