基于质量源于设计理念优化布洛芬双释双层片的处方工艺*

房辰晨，孙敬蒙，卢美彤，张炜煜

(1.长春中医药大学药学院，长春 130117；2.吉林大学白求恩第一医院药学部，长春 130021)

布洛芬(ibuprofen)为难溶性药物，吸收差，半衰期短(1.8～2.0 h)，临床上常用于治疗风湿性及类风湿关节炎，以及感冒和流感引起的发热[1]。将布洛芬制备成双相释药系统[2]，旨在解决缓释制剂起效慢、不能在短时间内将症状缓解的缺点。其中，速释部分在给药后能在较短时间内迅速释放有效剂量的药物，达到有效血药浓度，迅速缓解症状[3]；而缓释部分则能以相对恒定的速率释放药物，在较长的一段时间内维持有效血药浓度，从而达到最优的治疗效果[4]。

质量源于设计(quality by design，QbD)是一种基于科学知识和质量风险评估的系统化、结构化药物设计开发方法[5]，与传统的质量源于检验理念不同，QbD注重的是通过科学合理的设计，从而获得工艺稳定且高质量的产品。近年来，QbD理念不断应用到药物制剂研发及中药提取工艺研究中，在口服固体制剂的领域中应用尤其广泛[5-6]，通过充分理解关键质量属性(critical quality attributes，CQAs)和关键工艺参数(critical process parameters，CPPs)之间的关系，从而进行系统科学的设计来严格控制产品质量。基于QbD理念，笔者对布洛芬双释双层片处方及工艺参数进行设计及优化，结合预实验结果及鱼骨分析图深入分析各因素对CQAs的影响，并运用失败模式和影响分析法 (failure mode and effect analysis，FMEA) 对研发过程中存在的风险进行评估，采用Plackett-Burman设计(Plackett-Burman design，PBD)筛选出CPPs，再进一步采用Box-Behnken响应面法(Box-Behnken design，BBD)优化关键工艺因素，建立设计空间并进行验证，为开发制备工艺稳定可行、适合大工业生产的布洛芬双释双层片提供参考。

1 仪器与试药

1.1仪器 AR2140型电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司，感量：0.1 mg)；Agilent 1200型高效液相色谱仪(VWD检测器，美国安捷伦公司)；ZRS-8G型溶出度测试仪(天津市新天光分析仪器技术有限公司)；DP30A单冲压片机(北京国药龙立科技有限公司)。

1.2药品与试剂 布洛芬对照品(中国食品药品检定研究院，批号：100179-201406，含量：99.5%)；布洛芬原料药(山东新华制药有限公司，批号20130308，含量：99.8%)；甲醇(色谱纯，美国Sigma公司)；羟丙甲纤维素(批号：20130412)、乳糖(批号：20130531)、微晶纤维素(microcrystalline cellulose，MCC，批号：20100602)、硬脂酸镁(批号：20130525)、糊精(批号 ：20120411)、淀粉(批号： 20130105)、聚维酮(批号：20130531)均购自安徽山河药用辅料股份有限公司；交联聚维酮(polyplasdone，PVPP，上海康朗生物科技有限公司，批号：20140325)。

2 方法与结果

2.1布洛芬双释双层片的制备 取布洛芬、糊精、MCC、PVPP，混匀，压片，经孔径1.40 mm(14目)筛整粒，加硬脂酸镁，混匀，作为速释层颗粒；取布洛芬、乳糖、淀粉、羟丙甲纤维素、聚维酮，混匀，加5%聚维酮-80%乙醇溶液，制软材，经孔径1.18 mm(16目)筛制粒，50 ℃干燥1 h，整粒，加硬脂酸镁，混匀，作为缓释层颗粒；先称取缓释层颗粒用较小压力预压1次后，再填入速释层颗粒，压制成双层片，即得。

2.2高效液相色谱(HPLC)分析方法的建立

2.2.1色谱条件 以安捷伦Agilent ZORBAX SB-C18柱(4.6 mm×250 mm)为色谱柱；以甲醇-0.01 mol·L-1磷酸二氢钾-磷酸(500：100：0.8)为流动相；检测波长为263 nm；流速为1 mL·min-1；柱温为35 ℃；进样量为20 μL。

2.2.2对照品溶液的制备 取布洛芬对照品约10 mg，精密称定，置10 mL量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀并滤过，即得对照品溶液(1 mg·mL-1)。

2.2.3供试品溶液的制备 取布洛芬双释双层片20片，研磨成细粉，精密称取若干(相当于布洛芬5 mg)，置于10 mL量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀并滤过，即得供试品溶液。

2.2.4检测波长的确定 分别取布洛芬对照品溶液和供试品溶液，以甲醇为空白对照，在190～900 nm范围内进行全波长扫描。结果表明，布洛芬在263 nm波长处有最大吸收峰，故选择263 nm作为检测波长。

2.2.5线性关系考察 精密吸取布洛芬对照品溶液，加甲醇分别稀释成浓度为4.4，25，125，187.5，375，500，1020 μg·mL-1的标准溶液，按“2.2.1”项下色谱条件测定，求得回归方程Y=1.982X+19.038，r=0.999 8，表明在4.4～1020 μg·mL-1内线性关系良好。

2.2.6精密度实验 取“2.2.3”项下供试品溶液，按“2.2.1”项下色谱条件重复测定6次，RSD为0.70%，表明该方法的精密度良好。

2.2.7回收率实验 精密量取“2.2.3”项下供试品溶液9份，分别精密加入对照品适量，加入量与供试品中待测定成分量之比分别为1.2：1，1：1，0.8：1，按“2.2.1”项下色谱条件进行测定，计算回收率。结果显示平均回收率为99.91%，RSD为0.87%，表明该方法准确度良好。

2.2.8稳定性实验 取“2.2.3”项下供试品溶液于0，2，4，6，12，24 h 按照“2.2.1”项下色谱条件进行测定，RSD为1.10%，表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。

2.3溶出度及释放度的测定方法

2.3.1速释层溶出度的测定 取布洛芬速释片，照溶出度与释放度测定法《中华人民共和国药典》2015版四部(通则0931)转篮法，以0.3%聚山梨酯-80的磷酸盐缓冲溶液(pH值 7.2)900 mL为溶出介质，温度为(37.0±0.5) ℃，转速为100 r·min-1，分别于30和60 min取样5 mL(同时补充等温等体积的溶出介质)，挥干，加甲醇溶解，置2 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，摇匀，滤过，取续滤液照“2.2.1”项下色谱条件进行含量测定。

2.3.2缓释层释放度的测定 取布洛芬缓释片，照溶出度与释放度测定法《中华人民共和国药典》2015版四部(通则0931)转篮法，以磷酸盐缓冲溶液(pH值7.2)900 mL为释放介质，温度为(37.0±0.5) ℃，转速为100 r·min-1，依法操作，经0.5，2，4，6，8，12 h，取溶液5 mL(同时补充等温等体积的溶出介质)，挥干，加甲醇溶解，置5 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，摇匀，滤过，取续滤液按照“2.2.1”项下色谱条件进行含量测定。

2.3.3双层片释放度的测定 取布洛芬双释双层片，照《中华人民共和国药典》2015版第四部(通则0931)转篮法，对布洛芬双释双层片进行释放度测定。以磷酸盐缓冲溶液(pH值 7.2)900 mL为释放介质，温度为(37.0±0.5) ℃，转速为100 r·min-1，依法操作，经3 min、2 h、6 h及12 h，取溶液5 mL(同时补充等温等体积的溶出介质)，挥干，加甲醇溶解，置5 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，摇匀，滤过，取续滤液照“2.2.1”项下色谱条件进行含量测定。

2.4Plackett-Burman实验设计 采用Minitab 17.1版软件进行Plackeet-Burmann设计，以崩解剂(PVPP)用量(A)、速释层黏合剂(羟丙甲纤维素)用量(B)、硬脂酸镁用量(C)、速释层制粒目数(D)、缓释材料用量(E)、致孔剂(聚维酮)用量(F)、缓释层制粒目数(G)、压片压力(H)为自变量，设定各因素两水平(-1、+1)的取值，以速释层溶出度(Y1)、缓释层释放度(Y2)及双释双层片释放度的综合评分(Y3)为考察指标，由于速释层在15 min内均能完全溶出，具有较好的稳定性和溶解性；缓释层的释放度在15 min后与双释双层片一致，因此只以综合评分(Y3)为考察指标，不再考察Y1和Y2，因素水平设计见表1。

表1 Plackeet-Burmann设计因素和水平

实验设计与结果如表2所示，通过对实验数据进行多元回归分析，得到其回归模型为：Y=33.007+5.910A+1.158B-0.802C-0.632D+1.472E+1.475F-0.713G-0.888H。

表2 Plackeet-Burmann 实验设计与结果

图1 响应值(Y3)的Pareto图

2.5Box-Behnken响应面法优化CPPs 根据Plackett-Burman设计实验的结果，最终采用PVPP用量(A)、缓释材料用量(E)、聚维酮用量(F)作为Box-Behnken实验的自变量，以综合评分(Y3)为响应值，采用Design Expert 8.0.6版软件进行实验设计，见表3。

表3 Box-Behnken 设计的实验因素和水平

根据实验结果进行多元回归分析，响应值的方差分析结果见表4。建立回归模型如下：Y=43.07+1.74A-2.09B+0.4C+1.82AB+0.29AC+2.43BC-6.93A2-7.02B2-4.16C2。

表4 Box-Behnken设计回归模型的方差分析

方差分析表明，模型的概率P=0.000 1(显著)。同时，方程的失拟项F值为1.35，P值>0.05(不显著)，说明所建模型可靠，拟合情况良好，总决定系数R2=0.973 8，表明方程的自变量于响应值(Y3)之间的线性关系显著。模型的CV为4.52%，说明模型的误差小，精密度良好。PVPP用量(A) 、缓释材料用量(B)均具有显著性(P<0.05)，说明PVPP用量 、缓释材料用量对综合评分(Y3)的影响显著。采用Design Expert 8.0.6版软件根据上述回归方程及分析结果绘制响应值(Y3)的三维效应图，见图2。

图2 三维效应面图

2.6设计空间的建立及验证 将满足响应值Y3>40的自变量范围构成设计空间，但由于设计空间的边界不规则，实际生产时操作不便，容易导致误差，所以加入95%CI，如图3所示，使设计空间得到优化，减少操作误差[7-8]，在此优化区间内将黑色矩形边框内的阴影区域设为实际操作空间，最终确定自变量范围为PVPP用量6%～7%，缓释材料用量15%～18%，聚维酮用量5.5%～6.5%，在此区间内，所有点均符合综合评分(Y3)>40的期望值。

图3 加入95%置信区间的设计空间及设计空间等高线图

在黑色阴影区域内选取3个点对设计空间进行验证，结果见表5，表明建立的设计空间合理可靠，预测度较高，提高了生产工艺的稳定性[9]。

表5 设计空间的验证结果

2.7CPPs的确定 CQAs包括产品的物理、化学及生物学属性，应具有适当的范围及限度，通过对片剂的理解及本品相关的质量属性，将CQAs确定为速释层溶出度、缓释层释放度及双层片释放度的综合评分，综合评分=Q3 min×0.45+{Q12 h-[(Q2 h-30)2+(Q6 h-50)2]1/2}×0.55，式中Q3 min、Q2 h、Q6 h和Q12 h分别代表3 min、2 h、6 h及12 h的溶出度或累积释放度[10]。

针对CQAs从处方、工艺、设备等方面根据生产经验绘制了鱼骨分析图(图4)[7-8]。运用ICH Q9中介绍的失效模型与影响分析对双释双层片制备过程中的影响因素进行风险评估，从失效的严重性(S)、概率(P)及可检测性(D)三方面进行评估，计算风险优先指数(risk priority number，RPN，RPN=S×P×D)，以RPN≤6为低风险，6

图4 鱼骨分析图

3 讨论

产品质量目标(quality target product profile，QTPP)是QbD的基本要素和产品设计的基础，本研究将布洛芬设计成双释双层片，其规格为每片缓释层含布洛芬125 mg，速释层含布洛芬150 mg，其速释部分能在给药后迅速起效，有效缓解症状，而布洛芬半衰期较短，缓释部分可以长时间维持药效，减少服药次数。

本实验充分运用QbD理念对布洛芬双释双层片的处方工艺进行研究，结合单因素实验结果及鱼骨图分析确定了CPPs，再采用PBD实验筛选出PVPP用量、缓释材料用量和聚维酮用量3个CPPs，然后进一步采用Box-Behnken实验结合统计分析优选CPPs，并建立了布洛芬双释双层片制备工艺的设计空间。验证结果表明，该设计空间的建立减少了操作误差和质量不合格的产品数量，也避免了资源浪费和成本增加，可为后续的产业化操作提供参考与帮助。