星点设计——效应面法优化布洛芬缓释片的处方*

李 辉 高榕波 张吉梅 孙明爽

1.山东第一医科大学(山东省医学科学院)药学院，山东 泰安 271016； 2.苏州大学药学院，江苏 苏州 215325

布洛芬的作用机制是通过对环氧酶的抑制而减少前列腺素的合成，并通过下丘脑体温调节中心而发挥解热作用[1]。已有研究表明，由于布洛芬的消除相半衰期较短(约2 h)，每日需服药3～4次[2]。为了减少给药次数，方便患者，国外从20世纪80年代开始研制布洛芬缓释/控释制剂，既有效地提高了疗效,又减轻了胃肠道副作用[3]，而且每日只需服药1～2次。本研究拟采用星点设计——效应面法[4-5]，以1小时、6小时和12小时累积释放度为效应值，对释放度影响较大的布洛芬含量和乙基纤维素(ethyl cellulose, EC)与聚乙烯吡咯酮(PVP K30)的比值这两个因素进行优化，使最终得到的布洛芬缓释片具有较好的释放行为。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1仪器

单冲压片机、高效液相色谱仪、垂熔玻璃漏斗、溶出仪、分析天平、超声清洗器。

1.1.2材料

布洛芬、PVP K30、EC、滑石粉、十二烷基硫酸钠(SDS)、甲醇(色谱纯)、磷酸。

1.2 实验方法

1.2.1布洛芬缓释片的制备及释放度考察

采用粉末直接压片法[6]制备布洛芬骨架缓释片[9]。分别将布洛芬原料、EC、PVP K30、滑石粉过80目筛备用，将处方量的上述物料按研磨混合法混合后压片。

采用《中国药典》(2015年版)第四部溶出度与释放度测定法中的第二法即浆法测定布洛芬缓释片的释放度。试验条件如下：释放介质为3% SDS水溶液，转速为100 r/min，取样时间为1 h, 6 h, 12 h，每次取样后及时补充新鲜的释放介质。采用高效液相色谱法[7]测定不同时间介质中的布洛芬浓度并计算累积释放度，色谱条件为：流动相：甲醇∶0.03%磷酸水溶液=8∶2，检测波长：222 nm，检测温度：室温，进样量：20 μL。

实验结束后，用Design--expert 8.0软件对数据进行处理。

1.2.2星点设计——效应面法优化布洛芬缓释片的处方

打开Design-expert 8.0，选择效应面法中的中心组合设计(central composite design)进行试验设计[8]，以EC∶PVP K30的比例(EC vers PVP)和布洛芬的含量(IB content)为2因素，分别考察5个水平：±α、0、±1。其中EC vers PVP的﹢1和-1分别对应的实际值为0.9和0.45，IB content的+1和-1分别对应的实际值为0.5和0.1。考察的效应值为1小时累积释放度(Q1)，6小时累积释放度(Q6)和12小时累积释放度(Q12)，生成实验方案。

按照软件生成的处方制备布洛芬缓释片并考察其在不同时间的累积释放度[9]，填入表格，进行模型拟合分析，并优化布洛芬缓释片处方，优化目标：Q1为10.00%，Q6为60.00%，Q12为98.00%，按软件给出的处方再次制备布洛芬缓释片，考察其释放行为，并与软件预测值进行比较。

2 结 果

2.1 星点设计试验方案及释放度结果

将EC vers PVP的﹢1和-1分别对应实际值0.9和0.45，IB content的+1和-1分别对应实际值0.5和0.1输入Design-expert 8.0，软件生成的试验方案及相应的累积释放度见表1。

表1 星点设计方案及结果(代码值)

2.2 模型拟合与显著性分析

根据表1的实验结果，用Design-Expert 8.0进行分析，分别对Q1、Q6和Q12的结果进行模型拟合，结果表明3个效应值与2因素均符合二因素交互模型，对结果进行ANOVA方差分析，具体见表2。

表2 2FI模型参数

表2的结果表明Q1、Q6、Q12采用2FI模型拟合的F值均显著，表明模型显著；失拟值P>0.05，表明失拟不显著，说明该模型拟合良好；3个结果的“Adeq Precision”都大于4，一般认为该值大于4即为信号充足，结果可信。综上所述，2FI模型可以用于指导当前处方设计。

用编码值处理得到的最终方程为：

Q1h=14.77-5.50×A-1.00×B+1.39×A×B+2.49×A2-0.89×B2

Q6h=72.88-14.03×A-4.19×B+3.97×A×B+3.87×A2-7.97×B2

Q12h=101.7-6.63×A-1.28×B+3.06×A×B+0.26×A2-7.81×B2

2.3 效应曲面分析

使用Design-Expert 8.0.6软件，根据所拟合的二项式方程，分别以Q1、Q6、Q12为效应值，EC vers PVP和IB content为2因素，绘制三维效应面图，结果见图1、2、3。 从图中可以看出，若固定B项EC vers PVP的值，当A项IB content减少时，1 h和6 h累积释放度不断增加，12 h累积释放度变大。而当A项IB content不变时，改变B项EC vers PVP的值，1 h累积释放度变化较小，6 h和12 h累积释放度先变大后变小。由此可以看出与所得出的回归方差拟合方程的分析结果相符，即在布洛芬缓释片的初期释放与布洛芬含量有关，随着时间的推移，会逐渐受到A项IB content和B项EC vers PVP的影响，其中，B项EC vers PVP的影响会逐渐增大。

2.4 处方优化及其验证试验

使用Design-Expert 8.0对IB content和EC vers PVP这两项进行优化，目的使1小时的累积释放度为10.00%，6小时的累积释放度为60.00%，12小时的累积释放度为98.00%，最终得到的处方如表3。

按照优化后的处方，用前述的方法进行压片，溶出，检测含量，计算释放度，结果表明，释放度的实际值与预测值相近，证明处方优化成功，见表4。

图1 1 h累积释放度三维效应面

图2 6 h累积释放度三维效应面

图3 12 h累积释放度三维效应面

表3 优化处方及预测药物累计的释放量

表4 优化参数及效应值(Pred即预测值，Actl即实际值)

3 讨 论

星点设计——效应面法可通过对自变量和因变量进行线性和非线性拟合来建立相应的数学模型，再通过对数学模型的参数进行分析来判断模型是否符合要求，进而建立3D模型，最后通过软件的优化程序对实验条件进行优化，具有实验次数少而精度高等特点，常被使用于药学制剂工艺和处方筛选，它要求自变量必须是连续的且能够被实验者自由控制。而布洛芬缓释片在进行溶出的过程中，其释放度会受到药物含量以及骨架材料与致孔剂比例的影响，且随着时间的变化骨架材料与致孔剂比例的影响逐渐增大。因此本实验借助2因素5水平的星点设计——效应面法对布洛芬缓释片的处方进行优化，将得到的1小时、6小时和12小时累积释放度为效应值进行二因素交互关系模型进行非线性拟合，建立的数学模型相关性好，选取效应面最佳取值区域的一组数据进行处方验证，该数据代入模型方程后得到的理论预测值和实测值偏差较小，证实所建模型预测较好。实验结果表明布洛芬的含量和乙基纤维素∶聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)对片剂的释放度有较大的影响，因此本实验所采用的星点设计——效应面法对布洛芬缓释片处方的优化，能达到多个效应值同步优化的目的。

最终确定布洛芬缓释片的处方为：含布洛芬170 mg、乙基纤维素7 mg、PVP K30 21.00 mg、滑石粉2 mg。其中布洛芬为主药，乙基纤维素为缓释骨架材料，聚乙烯吡咯烷酮为致孔剂，滑石粉为润滑剂。使用该处方制备的布洛芬缓释片的累积溶出度为1小时10.54%，6小时61.63%，12小时100.75%，该片剂在第1个小时没有突释现象[10]，12个小时能够释放完全。可以达到较好的缓释作用，减少患者服药次数，提高患者的依从性。