季銨鹽改性蒙脫石對五氟尿嘧啶的吸附和釋藥性能

彭 琪，葛瑩瑩，王帆帆

(1.信陽師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 信陽 464000；2.信陽市中心醫(yī)院 藥劑科，河南 信陽 464000)

0 引言

5-氟尿嘧啶 (5-fluorouracil，簡稱5-FU) 具有較強(qiáng)的廣譜抗癌作用[1,2]，在臨床上被用于治療結(jié)腸癌等疾病[3].然而由于5-FU具有較大的毒副作用，且排泄過快，口服后會在胃中大量釋放，對胃腸道造成較大傷害，這使其在臨床上的長期應(yīng)用受到很大限制[4].

蒙脫石(montmorillonite，簡稱MMT)是自然界中膨潤土的主體礦物成分，是由兩層硅氧四面體[SiO4]中間夾一層鋁氧八面體[AlO2(OH)4]構(gòu)成的二比一型層狀硅酸鹽[5,6].由于蒙脫石具有獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)、適宜的離子交換容量，因此被廣泛應(yīng)用于材料、礦物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等各大研究領(lǐng)域[7].由于鈉基蒙脫石在各方面的性能均優(yōu)于鈣基蒙脫石，因此在實(shí)驗(yàn)中常把鈣基蒙脫石鈉化為鈉基蒙脫石.本實(shí)驗(yàn)中所用的鈉基蒙脫石為白色粉末狀固體，由產(chǎn)自河南信陽的鈣基膨潤土原礦進(jìn)行鈉化改性得來.鈉基蒙脫石安全無毒，口服后可與黏蛋白結(jié)合，增強(qiáng)黏膜的屏蔽效應(yīng)，緩解片劑的突釋現(xiàn)象，減少對胃腸道的不良反應(yīng)，臨床上可直接作為治療胃潰瘍、胃病的止瀉藥[8-10].

海藻酸鈉(Sodium Alginate，簡稱SA)是一種白色或淡黃色的粉末，能與很多二價金屬離子發(fā)生快速的離子交換反應(yīng)，生成海藻酸鹽凝膠，具有pH敏感性，該凝膠在酸性環(huán)境中幾乎不溶脹[11]，但是在弱堿性環(huán)境中可以溶脹并逐漸溶解，這有利于包裹在其內(nèi)部的藥物釋放出來.

本文擬制備一種具有pH敏感性且可針對結(jié)腸部位靶向釋放的口服控釋藥物體系，使藥物在通過胃和小腸時被保護(hù)而不釋放，當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)腸部位時發(fā)生溶脹并實(shí)現(xiàn)藥物的靶向釋放.利用離子交換原理將MMT通過CTAC有機(jī)化改性制備出CMMT，提高蒙脫石載藥量的同時減少對胃腸道的刺激，以5-FU為模型藥物，用SA包載載藥有機(jī)改性蒙脫石，制備出載藥凝膠球SA/CMMT/5-FU，考察其載藥量并最終實(shí)現(xiàn)針對結(jié)腸部位的靶向釋放.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器

鈉基蒙脫石，由產(chǎn)自河南信陽的膨潤土原礦制得；十六烷基三甲基氯化銨、海藻酸鈉、一水合檸檬酸、磷酸氫二鈉、五氟尿嘧啶、氫氧化鈉，分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水.

智能磁力加熱攪拌器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；DHG-9023A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，深圳市賽亞泰科儀器設(shè)備有限公司；FA2004型電子天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；DZF-6020型真空干燥箱，上海比朗儀器有限公司；TGL-16G型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；HITACHI-U3900H型紫外分光光度計，日本.

1.2 季銨鹽有機(jī)改性蒙脫石(CMMT)的制備

MMT原礦來自于河南信陽方浩實(shí)業(yè)有限公司，利用靜沉降法提純蒙脫石原土，提純后將沉淀加入適量1 mol/L NaCl溶液中，在65 ℃下磁力攪拌1 h，在4000 r/min下離心.水洗沉淀數(shù)次，除去Cl-，在105 ℃下真空干燥過夜后研磨，過200目篩備用.

測定所得鈉基蒙脫石的陽離子交換容量(Cation Exchange Capacity, CEC)[9].將CTAC按照所得MMT的2.5倍CEC的用量加入MMT中，在80 ℃攪拌2 h后，快速離心收集沉淀，在50 ℃下干燥沉淀10 h，研磨后收集備用，并命名為CMMT.

1.3 載藥蒙脫石凝膠球的制備

1.3.1 載藥改性蒙脫石復(fù)合物的制備

稱取適量有機(jī)改性蒙脫石(CMMT)于圓底燒瓶中，加入少量蒸餾水，在40 ℃充分分散，加入一定量的五氟尿嘧啶粉末，在80 ℃下攪拌2 h.待反應(yīng)結(jié)束后，離心收集上清液，用紫外可見分光光度計于265 nm處測定上清液中5-FU的濃度，將沉淀取出干燥、研磨，得到載藥復(fù)合物(5-FU/CMMT).

1.3.2 載藥改性蒙脫石凝膠球的制備

配制適當(dāng)濃度的SA溶液，加入一定量上述制備出的 5-FU/CMMT載藥復(fù)合物，室溫下攪拌5 h，形成均勻的懸浮液.將上述懸浮液用0.6 mm內(nèi)徑的針頭滴加入一定濃度的CaCl2溶液中，形成球狀凝膠球，約30 min后過濾出凝膠球，將其洗滌3次后置于50 ℃下進(jìn)行真空干燥、稱重，即得載藥凝膠球(5-FU/CMMT/SA).用紫外可見分光光度法在265 nm處測定濾液中的5-FU的濃度，計算出5-FU/CMMT/SA載藥凝膠球中5-FU的載藥量.采用類似的方法制備出海藻酸鈉載藥凝膠球(SA/5-FU)和載藥蒙脫石凝膠球(SA/MMT/5-FU).

用S4800型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察并比較SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球的形貌，測試前樣品經(jīng)噴鉑處理.

1.4 體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)

分別稱取一定量的5-FU/SA、5-FU/MMT/SA和5-FU/CMMT/SA三種載藥凝膠球于處理過的透析袋中，加入預(yù)熱的pH 1.5、6.8或7.4的人工模擬胃液、小腸液或結(jié)腸液，將透析袋密封后置于錐形瓶中，把錐形瓶固定于恒溫水浴振蕩器中，在37℃下進(jìn)行藥物的體外釋放實(shí)驗(yàn).在適當(dāng)?shù)臅r間取樣，同時補(bǔ)充等量的新鮮釋放介質(zhì).用紫外可見分光光度計測定樣品在265 nm處的吸光度，通過計算得出釋放介質(zhì)中5-FU的濃度和累積釋放率.

2 結(jié)果與討論

2.1 載藥凝膠球的載藥量測定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計算并比較5-FU/SA、5-FU/MMT/SA和5-FU/CMMT/SA三種載藥凝膠球的載藥量，結(jié)果如下：三種凝膠球的載藥量分別為0.3084 g/g、0.3358 g/g和0.6827 g/g.其中，5-FU/CMMT/SA的載藥量較5-FU/MMT/SA明顯增加，這主要是因?yàn)镃MMT結(jié)構(gòu)上的十六烷基是疏水性基團(tuán)，而五氟尿嘧啶也具有疏水性，由相似相容原理可知，MMT用CTAC進(jìn)行改性后更容易吸附5-FU.

2.2 三種載藥凝膠球的SEM分析

圖1為三種載藥凝膠球的SEM圖.從圖1可以看出，SA/5-FU凝膠球表面塌陷，這是由于干燥時凝膠球失水所致.SA/MMT/5-FU凝膠球的表面較SA/MMT更為不平整，這是由于蒙脫石的加入增加了凝膠球的致密度.在SA/CMMT/5-FU凝膠球的SEM圖中，改性蒙脫石的層狀距離更大，其阻隔性使得凝膠球表面發(fā)生嚴(yán)重塌陷，因此其表面最粗糙.

圖1 三種載藥凝膠球的SEM圖Fig. 1 SEM images of three kinds of drug-loaded gel beadsa.SA/5-FU；b.SA/MMT/5-FU；c.SA/CMMT/5-FU

2.3 三種載藥凝膠球的體外釋放實(shí)驗(yàn)

通過5-FU/SA、5-FU/MMT/SA和5-FU/CMMT/SA三種凝膠球在人工模擬胃液(pH 1.5)、小腸液(pH 6.8)和結(jié)腸液(pH 7.4)中的釋放實(shí)驗(yàn)，測定并比較在不同取樣時間下從載藥凝膠球中釋放出的5-FU濃度，并計算出累計釋藥率，結(jié)果見圖2.

圖2 SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球在pH1.5、6.8、7.4下的釋放曲線Fig. 2 The release curve of three kinds of drug-loaded gel beads (SA/5-FU、SA/MMT/5-FU and SA/CMMT/5-FU) at a pH value of 1.5，6.8 and 7.4

由圖2可知，載藥凝膠球的累積釋放率與時間和底液的pH密切相關(guān).當(dāng)pH 1.5時，在8 h后，5-FU的釋放速率逐漸穩(wěn)定下來，且三種載藥凝膠球的累計釋放率都較低.當(dāng)pH 6.8和pH 7.4時，在釋放的前6 h，載藥凝膠球中5-FU的累積釋放率隨時間的延長而增大，在6 h后，5-FU的釋放速率就已經(jīng)趨于平緩，累積釋放率趨于一個恒定值.通過比較三種載藥凝膠球在三種pH下的累積釋放率，發(fā)現(xiàn)三種載藥凝膠球中5-FU的釋放都在pH 7.4時達(dá)到最大，而在pH 1.5時是最低的，這說明凝膠球中5-FU的釋放主要受釋放環(huán)境pH的影響.這主要是因?yàn)樵趐H 1.5下，海藻酸鹽凝膠基本不溶脹而阻止了凝膠球中5-FU的釋放；在pH 6.8和pH 7.4時，該海藻酸鹽凝膠球逐漸發(fā)生溶脹并溶解，從而有利于5-FU的釋放；尤其在pH 7.4時，因?yàn)镾A的pH敏感性，SA/CMMT/5-FU的累計釋放率可以達(dá)到最大.因此認(rèn)為：5-FU在SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU中的釋放過程可分為2個階段：第一階段為初期，藥物的釋放速率相對較快，釋放的可能是吸附在蒙脫石表面的5-FU，同時由于存在載藥凝膠球和釋放介質(zhì)間的濃度梯度，導(dǎo)致蒙脫石表面的5-FU不斷從凝膠球中擴(kuò)散到溶液中.第二階段是較緩慢的持續(xù)釋放過程，此時釋放的可能是插入到蒙脫石層間的5-FU[12].

根據(jù)文獻(xiàn)[12]，在三種pH值下進(jìn)行的釋放實(shí)驗(yàn)，采用3個經(jīng)典理論模型：一級動力學(xué)模型、Higuchi模型和Korsmeyer-Peppas模型來研究5-FU從三種載藥凝膠球中釋放的機(jī)理[13-17]，由擬合優(yōu)度(R2)來判斷曲線擬合情況，擬合結(jié)果見表1、表2、表3.根據(jù)擬合結(jié)果可知，在3種不同pH下，一級動力學(xué)方程模型的擬合結(jié)果最好，這說明一級動力學(xué)方程能更好地擬合和描述載藥凝膠球中5-FU在不同pH下的釋放規(guī)律，為藥物釋放的最佳模型.此外，在3種pH下，SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球采用Korsmeyer-Peppas模型擬合的釋放指數(shù)都小于0.45[12]，這說明5-FU從載藥凝膠球中的釋放是基于Fickian擴(kuò)散機(jī)理.

表1 SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球在pH 1.5下釋放的不同動力學(xué)模型擬合結(jié)果Tab. 1 Fitting results of 5-FU release rate of three kinds of drug-loaded gel beads with three different kinetic models at a pH value of 1.5

表2 SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球在pH 6.8下釋放的不同動力學(xué)模型擬合結(jié)果Tab. 2 Fitting results of 5-FU release rate of three kinds of drug-loaded gel beads with three different kinetic models at a pH value of 6.8

表3 SA/5-FU、SA/MMT/5-FU和SA/CMMT/5-FU三種載藥凝膠球在pH 7.4下釋放的不同動力學(xué)模型擬合結(jié)果Tab. 3 Fitting results of 5-FU release rate of three kinds of drug-loaded gel beads with three different kinetic models at a pH value of 7.4

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，相較于SA/5-FU和SA/MMT/5-FU，SA/CMMT/5-FU載藥凝膠球中5-FU在人工模擬腸液中的累計釋放率最大，可達(dá)到77.10%，并使藥物的有效濃度長時間保持恒定，由此可見季銨鹽改性蒙脫石有望作為一種載藥量大、穩(wěn)定性好的5-FU的結(jié)腸靶向控釋載體材料.

3 結(jié)論

蒙脫石經(jīng)過季銨化改性后對5-FU具有較高的吸附能力，其載藥量可達(dá)0.6827 g/g.SA包載后的載藥復(fù)合物的釋放行為受釋放介質(zhì)pH 值的影響顯著，SA/5-FU/CMMT在pH 7.4的人工模擬結(jié)腸液中時，5-FU的累積釋放率最大，可達(dá)到77.10%，其次為 pH 6.8的，在pH 1.5時的結(jié)果最小.通過采用三種不同模型對釋藥過程進(jìn)行擬合，結(jié)果表明一級動力學(xué)模型的擬合效果最好.SA/5-FU/CMMT在pH 1.5時的累積釋藥率低于SA/5-FU/MMT，而在pH 7.4時的釋藥率又顯著高于SA/5-FU/MMT，這說明經(jīng)過季銨鹽改性的蒙脫石既能減輕5-FU對胃部的刺激和傷害，又可以在結(jié)腸部位有效靶向釋放藥物，因此有望用于臨床上結(jié)腸癌靶向治療的控釋材料.