包合物的表征及在现代制剂中的应用研究进展

2021-12-03蔡俊飞钱海珊马云淑

西北药学杂志 2021年5期

关键词：草果包合物防己

蔡俊飞，钱海珊，马云淑

(1.云南中医药大学中药学院，昆明 650500；2.云南省高校外用给药系统与制剂技术研究重点实验室，昆明 650500；3.云南省傣医药与彝医药重点实验室，昆明 650500)

包合物属于有机晶体，是指在辅料分子的空腔结构中嵌入药物分子而形成的独特形态的分子囊[1]。

包合物的包合材料有很多种，如环糊精及其衍生物、胆酸、淀粉、纤维素、蛋白质、尿素、对苯二酚等。目前，应用较多的包合材料为环糊精(CD)及其衍生物、纯胶。

纯胶既不溶于冷水，也不溶于乙醇、乙醚、三氯甲烷等有机溶剂，在热水中易吸水膨胀，高温时可成胶状。纯胶包合物制备工艺简单、耗时短，其包合率明显高于β-CD，其最优包合方法是磁力搅拌法。

1 包合物的表征手段

1.1薄层色谱法(TLC) 药物和CD形成的包合物与未包合药物的比移值(Rf) 明显不同，故TLC法以包合物有无薄层斑点、所形成的斑点数、Rf值与原药物是否相同为根据，选择合适的薄层层析条件进行分离鉴别，来验证包合物是否形成。通过TLC表征分析来证明草果挥发油-β-CD包合物的形成，证实了草果挥发油-β-CD包合物具备一定的湿热稳定性和抗光性[2]。

1.2显微镜法和电镜扫描法由于挥发油的物理混合物与其包合物的晶格排列不同，在显微镜和扫描电镜下，挥发油和包合物的形状不同，因此可以通过分析两者的晶体形态对包合物进行表征。对香薷挥发油-β-CD包合物在扫描电子显微镜下放大观察及成像的结果进行分析，发现包合之后，香薷挥发油从无规则的层状结构变为单斜立方体的晶体结构[3]。

1.3热分析法为了准确地考察温度对包合物中挥发性物质的影响以及检验包合物的形成，可从热质量分析图谱中得到辅助证明。通过研究不同物质的性质随温度的改变而改变来判断包合物是否包合成功。Su Wenqiang等[4]用差示扫描量热法鉴定粉防己碱-羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)包合物，结果发现，粉防己碱-HP-β-CD包合物在与粉防己碱近似位置出现峰，但由于粉防己碱和HP-β-CD之间存在相互作用，导致粉防己碱的熔点和其他性能轻微改变，粉防己碱-HP-β-CD包合物仅仅出现1个弱峰，且峰位较粉防己碱前移，粉防己碱吸热峰位于225 ℃，粉防己碱-HP-β-CD包合物吸热峰位于220 ℃，说明粉防己碱HP-β-CD包合物形成。陈刚等[5]制备银杏内酯N-磺丁基-β-CD包合物，采用差示扫描量热法对包合物表征，结果发现，在包合物的差示扫描量热图谱中，药物的特征吸收峰几乎完全消失，说明银杏内酯N被完全包合在其中。

1.4紫外-可见分光光度法客体被CD、纯胶等包合材料包合后，客体和包合材料之间会发生相互作用，从而导致客体包合前后的紫外光谱吸收曲线发生变化。紫外-可见分光光度法主要通过摩尔比法和连续变化法确定包合物的组成。并采用紫外-可见光谱的变化分析包合物的结构和相互作用。马小双等[2]制备草果挥发油-β-CD包合物，紫外-可见分光光度法评价结果发现，草果挥发油-β-CD包合物和β-CD无草果挥发油的特征吸收峰，草果挥发油与β-CD形成的物理混合物和草果挥发油在相同位置上有类似的吸收峰，制成包合物后，草果挥发油的特征峰消失，表明草果挥发油己经被牢固包封在β-CD的空穴内，形成了一种新的化合物，说明包合物已经形成。

1.5X-射线衍射法不同药物和CD在同一角度处具有不同的晶间距，从而显示出不同的衍射峰，药物和β-CD的物理混合物显示出的图谱是药物和β-CD单独组分的叠加，而包合物的图谱既不同于物理混合物又不同于药物和CD，而是构成一种新物相。Yousaf Abid Mehmood等[6]采用X-射线衍射法研制左羟丙哌嗪-HP-β-CD包合物，结果显示，左羟丙哌嗪粉末在10°～30°范围内出现典型的尖锐结晶峰，左羟丙哌嗪-HP-β-CD包合物未产生任何尖峰，表明其具有无定形性质，在物理混合物的X-射线衍射图谱中也可见左羟丙哌嗪相关的区分峰，但左羟丙哌嗪-HP-β-CD包合物制剂的衍射图中无这些峰。表明在通过溶剂蒸发法制备的左羟丙哌嗪-HP-β-CD包合物制剂中，左羟丙哌嗪已从晶态转变为非晶态，说明包合物制备成功。

1.6核磁共振法(NMR) NMR法是指在电磁波照射下，处于磁场中的磁性原子的原子核会发生能级跃迁，同时产生吸收信号，根据吸收信号推测物质分子结构的方法。如果药物聚集在包合材料空腔中，空腔内氢原子就会被药物分子屏蔽，位移值会因此发生变化，而空腔外的氢原子则不会变化。但NMR法所用到的器械价格昂贵，同时存在某些组分容易影响平衡常数(K)测定等缺陷，因而限制了其广泛应用。通常情况下，对于芳香性药物，可以采取氢核磁共振技术分析，而对非芳香性药物，可以采取碳核磁共振技术分析。NMR法适用范围广，但仪器价格昂贵，一些组分影响K值测定等限制了其应用和推广。Zheng Huang等[7]制备辣椒素-HP-β-CD包合物，NMR结果显示，辣椒素-HP-β-CD中的质子H-3和H-5分别表现出-0.034、-0.024 ppm的向上偏移，且 H-3质子的化学位移比H-5更高，因此，推断出辣椒素的芳族部分可能靠近HP-β-CD腔的宽侧。说明辣椒素-HP-β-CD包合物制备成功。

1.7荧光光谱法药物被CD、纯胶等包合材料包合后，荧光强度和发射波长均会发生一定改变，CD空腔的黏度会随之增大，氧对药物的荧光抑制作用有所降低。形成包合物后，药物分子之间的接触机会减少，导致荧光强度随之增加。通常采用荧光偏振法、双倒数法、荧光各相异性法等荧光光谱法判断包合物是否形成[8]，荧光光谱法具有高灵敏性，且操作简便可行，但是仅适用于对具有荧光的物质进行分析。李进霞等[9]利用超声法制备氧氟沙星-HP-β-CD包合物，荧光光谱法进行表征显示，在氧氟沙星的水溶液中加入HP-β-CD溶液，随着HP-β-CD溶液浓度增加，氧氟沙星的发射光谱会持续增强，说明了氧氟沙星分子与CD分子之间形成了包合物。

1.8圆二色谱法圆二色谱法是研究具有光学活化性化合物结构的有效方法。非手性药物分子在CD手性空腔诱导下手性发生改变，产生圆二色谱信号。由于药物分子具有发色团，它的不对称性引起的左右两圆偏振光具有不同的光吸收，将吸收系数之差对波长作图即可得到圆二色谱图，可测定分子的立体结构，判断包合物是否形成。李海浪等[10]采用溶液搅拌法制备叶酸-HP-β-CD包合物，圆二色谱图显示，叶酸分子无手性和圆二色谱带，而叶酸-HP-β-CD包合物具有明显的圆二色谱信号，叶酸分子和包合物之间存在显著差异，说明叶酸-HP-β-CD包合物形成。

1.9毛细管电泳法毛细管电泳在包合物的研究中具有广泛的应用，其原理是通过对主体和客体分子间的相互作用从而判断包合物是否制备成功。采用电泳峰漂移法探索硫辛酸与CD和CD的衍生物在磷酸盐缓冲液(PBS)中的相互作用。结果显示，电泳峰漂移法可以通过测定硫辛酸与CD和CD衍生物形成的包合物的包合常数，从而判断包合物是否制备成功[11]。李晓峰等[12]采用毛细管电泳法测定β-CD与萘酚包合后的包合常数，再与光谱法测定的包合常数进行比较，证明包合物已经形成。

2 包合物在制剂中的作用

2.1增加药物的溶出度 CD包合物呈空心圆筒型，在腔体内部是疏水的，在腔体外部是亲水的。药物被包合后，不溶于水的部分进入CD空腔内，从而提高了难溶性药物在水中的溶解能力。以HP-β-CD为包合载体，把艾叶挥发油包合在HP-β-CD中。结果显示，与艾叶挥发油相比包合物溶解度明显增加，且稳定性得到较大提高[13]。恩替卡韦属于难溶性药物，采用不同β-CD衍生物进行包合后可明显改善其溶解度。恩替卡韦-2，6-二甲基-β-CD包合物的溶解度比恩替卡韦的溶解度提高了35.6倍[14]。

2.2增加药物的稳定性药物分子的不稳定结构进入到包合材料的空腔内，从而减少了药物不稳定结构与外界的接触，增强了药物分子稳定性。把苍艾挥发油制备成包合物后避免了挥发油的挥发、升华和氧化，提高了挥发油的稳定性，为苍艾挥发油的进一步应用奠定了基础[15]。鸟嘌呤具有抗氧化的保护特性，可在体外保护DNA免受活性氧的损害，但鸟嘌呤由于其水溶性差而限制了在临床应用，当采用β-CD及其衍生物作为包合材料对鸟嘌呤进行包合后，鸟嘌呤在水中的溶解度显著增大[16]。

2.3提高药物的生物利用度许多难溶性药物制备成包合物后，溶解度增大，渗透性也随之增大，生物利用度有所提高。赵建彬等[17]制备了银杏酯-HP-β-CD 包合物，提高了水溶性和吸收速率。食物中ω-6多不饱和脂肪酸与ω-3多不饱和脂肪酸的比例对于抑制炎症的发生具有重要作用，紫苏油添加到普通食品中可修饰两者的比例。但紫苏油在大范围的温度下都是液态，所以紫苏油的应用受到限制。食品加工过程中将油添加到食品中会导致食品质地发生不良变化。紫苏油被γ-CD包合而粉末化，稳定性和生物利用度有所提高[18]。王光明等[19]制备细辛脑-HP-β-CD包合物，结果发现，包合物中细辛脑在家兔体内的吸收量均显著高于细辛脑，说明把细辛脑包合在HP-β-CD中可明显提高细辛脑的生物利用度。

2.4调节药物的释药速度将挥发性药物制成CD包合物后，不仅可以防止挥发性物质的挥散，还具有缓释作用。郭诚诚等[20]用β-CD包合细辛后，释放缓慢，降低其刺激作用。把利多卡因制备成一种包合物水凝胶制剂，可改善凝胶性质，含有利多卡因-β-CD包合物的凝胶缓释效果更好[21]。没食子酸是一种酚类化合物，具有抗氧化的活性，没食子酸-HP-β-CD包合物可以平衡抗氧化性能，调节释放速率。与原药没食子酸相比，没食子酸与HP-β-CD形成的包合物可明显缓慢释放没食子酸[22]。

2.5隐藏药物不良气味，降低药物的刺激性许多药物具有明显的不良气味或对胃肠道具有较强的刺激性，将它们制成包合物后，药物的刺激性和不良气味降低。罗梓欣等[23]将通络祛痛膏挥发油制成HP-β-CD包合物后，水溶性提高，阻止了在贮藏和使用过程中的挥发损失与氧化变质，改善了膏药气味重、易过敏、刺激性大和使用舒适感不佳等问题。

2.6使液体药物固体化许多中药中的挥发性成分都有较强的生物活性，但是挥发油一般为液态，不方便携带和储存，而且易挥发。将挥发油制备成包合物，使其固体化，然后再制备成散剂、颗粒剂、胶囊剂等剂型，方便挥发油的储存和携带。马小双等[2]研究发现，以β-CD为辅料分子，把草果挥发油制成包合物后，可以使草果挥发油固体化，不仅方便其储存和携带，同时还具有缓释作用。

2.7包合技术和其他制剂技术结合的运用

2.7.1包合技术结合脂质体技术脂质体指药物被类脂质双分子层包封形成的微小囊泡，尽管脂质体的结构、粒径、制备方法不同，但脂质体作为药物载体的相关技术已经基本成熟。Cavalcanti I M F等[24]将β-拉帕醌制备成β-拉帕醌-HP-β-CD包合物，再将包合物制成脂质体。结果包合物中β-拉帕醌的溶解度提高了近300倍，同时β-拉帕醌分子全部被包合到HP-β-CD空腔结构内。Hammoud Zahraa等[25]制备HP-β-CD-精油包合物，并通过乙醇注射法将HP-β-CD-精油包合物加载到脂质体中制备成新型制剂，降低了精油的挥发性，克服了精油水溶性差和不稳定性等特性，从而增加了精油的生物活性。Lina Zhang等[26]采用共蒸发法研究出一种氟比洛芬-HP-β-CD-脂质体新型递送系统。与氟比洛芬相比，氟比洛芬-HP-β-CD-脂质体新型给药系统显著提高了氟比洛芬的生物利用度。

2.7.2包合技术结合纳米技术纳米纤维是指纤维直径小于1 000 nm的超微细纤维，如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，既可防水，又可防油，还对气溶胶有阻挡性，纳米纤维还可用于化工、医药等产品的提纯、过滤等。Asli Celebioglu等[27]利用静电纺丝技术制备了姜黄素-HP-β-CD和姜黄素-HP-γ-CD包裹复合纳米纤维网，姜黄素在静电纺丝过程中未出现任何损失，姜黄素水溶性差，通过与CD的包合复合作用后得到了明显改善，且随着溶解度的提高，姜黄素在姜黄素-CD纤维网中的抗氧化作用也得以增强。

2.7.3包合技术结合直接压片技术吴倩等[28]以磺丁基-β-CD为原料，采用饱和水溶液法制备姜黄素-磺丁基-β-CD包合物，并以直接压片技术将姜黄素-磺丁基-β-CD包合物制备成舌下含片，不仅克服了姜黄素水溶性差的缺点，还掩盖了姜黄素的不良气味。钟继昌等[29-30]把难溶于水、胃黏膜刺激性大的药物右旋布洛芬制备成右旋布洛芬-β-CD包合物分散片，一方面保留了包合物增加溶解度和溶出度、掩盖不良气味、减小胃肠道刺激的优点；另一方面保留了分散片快速崩解、分散、溶出、服用方便的特点。所制备的右旋布洛芬-β-CD包合物分散片具有崩解迅速、溶出快、分散性好的优点。

2.7.4包合技术结合渗透泵技术渗透泵片是以渗透压作为释药能源的控释片，其基本结构是先将药物与适宜辅料压制成片芯，外包一层半透性物质膜，后用激光在膜上打一个小孔，口服后可使药物以恒定的速率释放到片外。王利等[31]把水溶性差、生物利用度低的马钱子碱制备成马钱子碱包合物微孔渗透泵控释片，不仅提高了马钱子碱的水溶性和生物利用度，还有助于促进其顺利吸收进入体循环，以恒速缓慢释放，从而降低马钱子碱的毒性。