袁清霞,趙龍巖,程 杰,曾富華
(1.湛江師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣東 湛江 524048;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙410128)
W/O/W 復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備水溶性藥物微球研究進(jìn)展
袁清霞1,2,趙龍巖1,程 杰1,2,曾富華1
(1.湛江師范學(xué)院 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣東 湛江 524048;2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南 長沙410128)
介紹了W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備水溶性藥物微球的基本步驟及存在問題,重點(diǎn)綜述制備工藝的關(guān)鍵影響因素,并在此基礎(chǔ)上闡述W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法技術(shù)的研究進(jìn)展,提出該法在實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問題,并對其發(fā)展前景進(jìn)行展望。
W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法;微球;綜述
與傳統(tǒng)劑型相比,藥物微球有減少給藥次數(shù)、改善患者順從性、保持藥物活性等優(yōu)點(diǎn)。被包囊藥物中,水溶性成分占很大一部分。因此,近年來制備水溶性藥物微球得到越來越多的關(guān)注。W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法以其操作簡單、控制工藝參數(shù)方便、無需調(diào)節(jié)pH和大幅變溫,且相比單乳液體系大大提高了微球的載藥量和包囊率,具有可控釋等優(yōu)勢而常用于包囊水溶性芯材。
W/O/W復(fù)乳液又稱乳液的乳液,分散相(水相)液滴本身包含更小的分散相液滴,也就是溶有芯材的內(nèi)水相包囊在油滴中,油包水液滴再分散到外水相中,油相(連續(xù)相)將內(nèi)外水相分開,可看作薄的半透性膜[1]。該技術(shù)由Vrancken和Claeys于1970年獲得專利[2],現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。
W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備水溶性藥物微球的過程可大致分為四個步驟:首先,溶有藥物的水溶液(W1,內(nèi)水相)分散在溶解囊壁材料的有機(jī)溶劑(O,油相)中,形成W1/O初乳液;隨后,將W1/O初乳液分散在水溶液(W2,外水相)中獲得W1/O/W2復(fù)乳液;第三步,去除有機(jī)溶劑,固化微球;最后,離心收集微球,洗滌、干燥[3-4]。
復(fù)合乳液系統(tǒng)制備簡單,但同樣存在自身缺點(diǎn)。相對單乳液,W/O和O/W界面過多的自由能導(dǎo)致復(fù)合乳液熱力學(xué)不穩(wěn)定;復(fù)合乳液系統(tǒng)自身組成和微結(jié)構(gòu)也會引起一系列不穩(wěn)定的破壞途徑,不穩(wěn)定的主要機(jī)制可概括為:①外部液滴聚集;②內(nèi)部液滴聚集,但外液滴界面不改變;③內(nèi)部液滴聚集,外部液滴界面也發(fā)生變化,內(nèi)部水相分散到外水相;④內(nèi)部液滴收縮或膨脹。這些變化通常同時(shí)發(fā)生,共同加速復(fù)合乳液的不穩(wěn)定[1],復(fù)合乳液的不穩(wěn)定進(jìn)一步影響微球性質(zhì)。有些包囊物如蛋白質(zhì)趨向吸附于水-油界面,引起解折疊、失活以及不可逆的聚集;乳化過程高的剪切力還會影響包囊物結(jié)構(gòu)及生物活性,這些都與制備過程的各種因素有關(guān)??傊⑶虻淖罱K性質(zhì),如大小分布、形態(tài)、載藥量、包囊率、釋放等都受制備過程包括囊壁材料性質(zhì)、有機(jī)溶劑的選擇及去除、水油相體積比、乳化時(shí)間等多種因素的影響[4-5]。
1988 年,Ogawa 等[6]首先以聚乳酸(PLA),聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)為材料,通過W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備可注射利普安微囊,近20多年來,以該法制備水溶性藥物的PLA、PLGA微球得到廣泛應(yīng)用,究其原因,PLA、PLGA具無毒、生物相容性好、可生物降解等優(yōu)點(diǎn),可制成不同載體運(yùn)載多肽、疫苗、小分子等,美國食品與藥品管理局已批準(zhǔn)上市[7]。以該法制備PLA、PLGA藥物微球也存在不可忽視的缺點(diǎn),如聚合物降解產(chǎn)生的酸性環(huán)境可能引起包囊物變性;疏水性使一些包囊物吸附,導(dǎo)致包囊物聚集及釋放不完全等。聚乙二醇(PEG)具顯著的生物和物理化學(xué)性質(zhì),包括獨(dú)特的立體穩(wěn)定性、高度親水性、鏈靈活性、電中性,缺乏功能團(tuán)不能與體內(nèi)生物成分反應(yīng)[8]。因此研究者在PLA、PLGA單體乙交酯、丙交酯的基礎(chǔ)上引入PEG片段,合成具不同組成及結(jié)構(gòu)的AB型二嵌段共聚物,ABA、BAB型三嵌段共聚物(A具疏水性,B具親水性)作為壁材,共聚物同時(shí)具生物相容性及兩親性可作為更好的載體。
Liu等[9]以W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備包囊腫瘤壞死因子受體阻斷肽微球,PEG-PLGA作為囊壁材料。制備的微粒近圓形,表面光滑,無聚集現(xiàn)象;平均直徑142~227 nm;包囊率大于45%;體外釋放為二相性模式,相對穩(wěn)定的釋放達(dá)12 d以上;聚合物中PEG含量增加時(shí),釋放速度加快。結(jié)果顯示PEG-PLGA微球具有較好的運(yùn)載水溶性肽類的潛能。Xu等[10]在PLA的基礎(chǔ)上引入PEG、甲氧基聚乙二醇(Me-PEG),合成并比較了三嵌段共聚物PLEG和二嵌段共聚物MePLEG對微球粒徑及包囊率的影響。微球粒徑在納米范圍,分散性良好。二嵌段、三嵌段共聚物在乳化過程充當(dāng)乳化劑,親水、疏水基團(tuán)分別延伸到水、油相,穩(wěn)定乳液表面。推測二嵌段共聚物自乳化能力較強(qiáng),PLEG三嵌段共聚物由于較大的立體位阻難以穩(wěn)定乳液表面,因此MePLEG微球粒徑比PLEG微球的小;PLEG微球的包囊率幾乎都達(dá)90%以上,遠(yuǎn)大于MePLEG微球(79.54%和60.06%),估計(jì)二嵌段共聚物結(jié)構(gòu)在制備過程易引起包囊物滲漏到外水相。牛文強(qiáng)等[11]選用具較好生物降解性和相容性的三嵌段共聚物PLA/PEG/PLA(PELA)為壁材制備包囊胰島素的微球,微球平均粒徑為180~350 nm,圓形,大小均一,共聚物中PEG含量越低、共聚物濃度越高時(shí)微球的包囊率越高。
高能乳化(超聲處理、均質(zhì)處理等)是形成穩(wěn)定乳液的常規(guī)方法,但同時(shí)也是破壞活性成分的主要原因,如處理過程活性成分與有機(jī)溶劑大面積接觸、高的剪切力、產(chǎn)生的自由基團(tuán)都會破壞活性成分。因此,實(shí)際操作中通常引入添加物作為保護(hù)性膠體幫助形成穩(wěn)定乳液。
2.2.1 表面活性劑 W/O/W乳液兩個熱力學(xué)不穩(wěn)定的W/O和O/W界面需不同的乳化劑穩(wěn)定。低親水-親脂平衡值(HLB)表面活性劑相對親油,在初乳化步驟穩(wěn)定W/O初乳液,常用司盤系列;吐溫系列是常用的外水相表面活性劑,其HLB值較高,相對親水,因此加入外水相穩(wěn)定W/O/W乳液,兩種表面活性劑對微球性質(zhì)有較大影響,在研究中通常聯(lián)合使用[12],尋找不同系列、不同濃度的優(yōu)化組合。
Khoee等[13]制備青霉素G微球,在初乳化、復(fù)乳化階段分別使用司盤、吐溫作為表面活性劑,發(fā)現(xiàn)微球大小變化(75~638 nm)取決于表面活性劑類型及含量。吐溫對微球粒徑影響比司盤大,聯(lián)合使用司盤60和吐溫60,微球粒徑顯著小于司盤20和吐溫20的組合。司盤主要密封內(nèi)水相的青霉素G,吐溫增加外水相黏度,防止青霉素G擴(kuò)散到外水相,司盤和吐溫含量增加,微球包囊率上升,突釋下降。Zhu等[14]制備胰島素微球,也分別使用司盤及吐溫作為兩個乳化步驟的表面活性劑進(jìn)行類似研究。但較顯著影響微球粒徑的是司盤;粒徑大小與加權(quán)HLB值成正比,聯(lián)合使用司盤80和吐溫80,其加權(quán)HLB值最小,粒徑最小。吐溫對載藥率的影響大于司盤,司盤量恒定時(shí),吐溫含量上升,載藥率快速上升;吐溫恒定時(shí),司盤含量上升,累積釋藥率下降。相同濃度條件下,聯(lián)合使用司盤60和吐溫60,載藥量比聯(lián)合司盤80和吐溫80高,累積釋藥率比聯(lián)合司盤80和吐溫80低。
2.2.2 穩(wěn)定劑 聚乙烯醇(PVA)低毒,具良好的雙親性,能提高水相黏度并吸附在水-油界面,是很好的乳化劑和穩(wěn)定劑。通常加入到外水相作為穩(wěn)定劑,增大外水相黏度和降低包囊物擴(kuò)散速度進(jìn)而影響微球形態(tài)及最終性質(zhì)。
Liu等[15]研究了艾塞那肽PLGA微球的制備、特征及藥效。發(fā)現(xiàn)微球粒徑隨外水相PVA濃度上升顯著下降。PVA濃度1%~3%,外水相黏度增大,減少艾塞那肽由內(nèi)水相向外水相的擴(kuò)散,包囊率從76.1%上升到82.3%;PVA濃度增大到5%時(shí),包囊率下降,推測PVA濃度升高時(shí)乳液液滴太小以至不能形成厚而致密的保護(hù)性聚合物囊壁,更多艾塞那肽擴(kuò)散到外水相。Ayoub等[16]研究多種形成參數(shù)對復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法包囊親水性藥物的影響。外水相采用0.5%PVA作為穩(wěn)定劑,復(fù)合乳液最穩(wěn)定,微球粒徑在納米范圍內(nèi)。Chaisri等[17]制備頭孢氨芐微球,評價(jià)各制備因素對微球性質(zhì)的影響以獲得適合治療奶牛乳腺炎的運(yùn)載系統(tǒng)。其中外水相PVA濃度固定為2%,體積從10 mL增加到50 mL時(shí),分散液滴的剪切力減小,微球直徑從3.2 μm增大到4.8 μm,包囊率顯著下降,原因是外水相體積增大,更多藥物溶解其中。PVA相對分子質(zhì)量從15 000上升到100 000,外水相黏度增大,穩(wěn)定乳液液滴防止聚集,微球從4.95 μm降到3.17 μm;頭孢氨芐的包囊率在 PVA相對分子質(zhì)量為100 000時(shí)最大,但CPX的包囊率隨相對分子質(zhì)量增大上升不明顯。
2.2.3 鹽類和糖類 隨著W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法技術(shù)的發(fā)展,在聯(lián)合司盤和吐溫作為表面活性劑、PVA作為穩(wěn)定劑的基礎(chǔ)上,添加適當(dāng)濃度的鹽類、糖類等來調(diào)節(jié)滲透壓是維持乳液穩(wěn)定,改善微球性質(zhì)的有效策略。
Ito及其團(tuán)隊(duì)[18]結(jié)合SPG膜乳化技術(shù)制備藍(lán)色葡聚糖PLGA微球,先得到均一W1/O初乳液,W2中添加NaCl,微粒表面因吸附了分子而產(chǎn)生的立體位阻促進(jìn)乳液液滴的穩(wěn)定,W1/O/W2復(fù)乳液滴隨NaCl濃度增大而減小;但最后制得的微球隨NaCl濃度上升而增大,且大于未添加NaCl的,這是加入的NaCl影響微球表面電勢,微球表面雙電層擠壓的結(jié)果。因此,就制備乳液和聚合物微球而言,制備過程添加NaCl得到不同結(jié)果。NaCl抑制藥物滲漏,載藥率隨NaCl濃度上升而增大。添加NaCl可加強(qiáng)對藥物釋放的控制,添加NaCl各組釋放減慢。Jiang等[19]研究滲透壓對包囊牛血清蛋白的PLGA微球大小、形態(tài)和釋放等的影響。結(jié)果顯示,外水相添加NaCl,有機(jī)溶劑揮發(fā)、聚合物固化變慢,形成更大更致密微球,內(nèi)部小孔較少較小,與未添加NaCl相比,突釋率從78.7%降至32.9%,包囊率上升。在外水相中添加蔗糖也得到類似結(jié)果,但效果稍差。推測NaCl除增加滲透壓外,還存在不同的作用機(jī)制。NaCl能增加外水相極性,使有機(jī)溶劑在外水相中的溶解度變低,揮發(fā)變慢,形成較稠密的微球;蔗糖不存在這種電離作用,其突釋降低(78.7%降至52.4%)僅通過滲透壓的升高,因此效果不如NaCl的顯著。在Benna-Zayani等[20]的研究中,硬葡聚糖、鹿角菜膠、黃原膠及刺槐樹膠混合物的多糖水溶液作為外水相,通過阻止乳狀沉淀或最終的聚集來穩(wěn)定復(fù)乳液。結(jié)果顯示除鹿角菜膠水溶液不存在屈服應(yīng)力外,硬葡聚糖、黃原膠及刺槐樹膠混合物的水溶液都具有相對低的屈服應(yīng)力和塑性黏度,剪切后能迅速還原為原先的擬三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),該流變學(xué)性質(zhì)使復(fù)合乳液制備容易,還可通過防止油滴乳狀沉淀使其得以懸浮在外水相中。其中硬葡聚糖水溶液制備的乳液最穩(wěn)定,兩年后無沉淀現(xiàn)象,液滴粒徑最小。
以W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備微球,通常采用蒸發(fā)法或萃取法去除有機(jī)溶劑。常使用的有機(jī)溶劑包括二氯甲烷(DCM)、乙酸乙酯(EA)和丙酮(ACE)等,通常單獨(dú)使用一種或聯(lián)合使用。
Ravi等[21]根據(jù)有機(jī)溶劑水溶性,溶解聚合物的能力分別選擇ACE、EA、DCM作為有機(jī)溶劑,其水溶性ACE>EA>DCM。結(jié)果顯示,微球大小顯著受有機(jī)溶劑水溶性的影響,高水溶性有機(jī)溶劑制備的微球大,原因在于高水溶性有機(jī)溶劑迅速擴(kuò)散到水相時(shí),聚合物不規(guī)則聚集;DCM微球較小,可能是DCM對PLGA有較好的溶解性,形成致密微球。有機(jī)溶劑揮發(fā)伴隨聚合物固化,低水溶性有機(jī)溶劑促進(jìn)蛋白質(zhì)分配到水相,包囊率較高;高水溶性有機(jī)溶劑因聚合物不規(guī)則聚集,包囊率低。
ACE在單獨(dú)使用的基礎(chǔ)上,常作為DCM的共溶劑。Chaisri等[17]還探討了有機(jī)溶劑對頭孢氨芐微球性質(zhì)的影響,添加ACE到DCM中作為共溶劑,ACE溶于DCM并提高其水溶性,因此外水相可快速抽提有機(jī)溶劑,由于快速抽提,有機(jī)相和外水相之間發(fā)生界面湍動現(xiàn)象,形成小粒子,制備的微球減小。Qi等[22]在包囊過氧化氫酶時(shí),探討不同有機(jī)溶劑對酶活性的影響。發(fā)現(xiàn),ACE與DCM的比例為1∶1,過氧化氫酶的活性比單獨(dú)將EA和DCM作為有機(jī)溶劑時(shí)高。
內(nèi)水相與油相的體積比(Vw1/VO)也是影響微球性質(zhì)的關(guān)鍵因素。Lu等[23]發(fā)現(xiàn),Vw1/VO是控制微球中空結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一。Vw1/VO從0.13上升至0.53,越來越多中空微球出現(xiàn),中空率在0.53時(shí)達(dá)峰值,繼續(xù)上升,許多微球破裂。中空度及微球大小隨體積比增大先上升后下降,推測W1體積較小,形成的水滴較少較小,油相難以抓住水滴,得到小而結(jié)實(shí)的微球;W1體積增大,油相能抓住液滴,溶劑揮發(fā)后最終形成中空微球,微球較大,但W1繼續(xù)增大會引起聚合物沉淀在W1/O界面,微球結(jié)構(gòu)被破壞。Takei研究小組[24]包囊乳酸菌(LAB),以LAB活性為指標(biāo)優(yōu)化制備工藝。發(fā)現(xiàn),Vw1/VO低于 0.5 成功制得微球,比例升高到0.56和0.66,W1/O初乳液在W2中不穩(wěn)定,溶劑揮發(fā)過程微球聚集,LAB活性在比例為0.1時(shí)最高。蔣濤等[25]制備單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷酯PLGA微球并進(jìn)行優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)Vw1/VO增大,可提高載藥量,但比例繼續(xù)增大,初乳微球穩(wěn)定性及載藥量降低,Vw1/VO為1∶10 較為合適。
W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備工藝依賴多種因素,除上述影響因素外,還包括乳化方法及時(shí)間、攪拌速度、外水相體積等,對這些變量綜合考慮可制備較理想的水溶性藥物微球。就文獻(xiàn)報(bào)道看來,目前該研究主要以微球大小、形態(tài)、載藥量、包囊率、體外釋放等為指標(biāo)優(yōu)化制備工藝并取得較大進(jìn)展。工藝優(yōu)化除考慮影響因素外,還可在已有研究[18,26]基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展該法與SPG膜乳化技術(shù)相結(jié)合控制粒徑,提高包囊率;根據(jù)水溶性藥物性質(zhì)或具體應(yīng)用設(shè)計(jì)合成聚合物壁材可能更具適用性及針對性等等。本實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)仙人掌多糖具顯著的降血糖降血脂等功效[27-28],但多糖易吸濕,其制劑有效期短,功效難以發(fā)揮。為解決以上問題,我們曾以交聯(lián)法制備包囊仙人掌多糖的明膠微球,但釋放快;現(xiàn)階段以W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備包囊仙人掌多糖的PLGA微球,得到的微球圓整性好,分布均一,包封率較好。
除制備工藝優(yōu)化的文獻(xiàn)報(bào)道,近年來大量研究以動物及體外實(shí)驗(yàn)探討藥物微球的療效及毒副作用[29-30],但鮮見作用機(jī)理、藥動學(xué)、量效關(guān)系、最優(yōu)劑量等方面的研究,療效、毒副作用還有待更進(jìn)一步的探討。以W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備水溶性藥物微球要進(jìn)行臨床試驗(yàn)及引入市場還需更先進(jìn)的技術(shù)及深入研究。相信隨著研究的推進(jìn),以W/O/W復(fù)乳溶劑蒸發(fā)法制備水溶性藥物微球?qū)⒏嗟赜糜趯?shí)際,有廣闊的發(fā)展前景。
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Research progress on preparation of water-soluble drug microspheres by W/O/W multiple emulsion solvent evaporation method
YUAN Qing-xia1,2,ZHAO Long-yan1,CHENG Jie1,2,ZENG Fu-hua1
(1.School of Life Science and Technology,Zhanjiang Normal University,Zhanjiang 524048,China;2.School of Biological Science and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)
R944.9;TQ460.6
A
1005-1678(2012)06-0920-04
2012-04-28
廣東高校邊緣熱帶特色植物工程技術(shù)開發(fā)中心開放基金(NO.[2012]0103); 湛江市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2011D032)
袁清霞,女,碩士研究生,研究方向:多糖開發(fā)利用及其劑型研究;曾富華,男,通信作者,博士生導(dǎo)師,從事植物天然產(chǎn)物的開發(fā)與利用,Tel:0759-3183140,E-mail:zengfuhua@gmail.com。