加替沙星pH敏感眼用原位凝膠體外釋放的研究

徐亞靜,胡容峰,尹 輝,高 宇

(1.安徽中醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院,安徽 合肥 230031;2.安徽省中藥研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230038)

加替沙星(gatifloxacin)是第4代喹諾酮類抗菌藥,不僅保持了前三代氟喹諾酮類藥物對(duì)革蘭陰性菌的抗菌作用,還增強(qiáng)了對(duì)包括MRSA等革蘭陽性菌、厭氧菌、支原體及分枝桿菌的抗菌作用,具有抗菌譜廣、抗菌活性強(qiáng)、口服吸收好、組織分布廣、消除半衰期長(zhǎng)、光敏性低等特點(diǎn)[1],能有效地治療細(xì)菌性結(jié)膜炎,臨床上主要為滴眼劑與凝膠劑。但是滴眼劑作用時(shí)間短、生物利用度低,需頻繁滴眼,患者依從性差;凝膠劑黏度大,分劑量不準(zhǔn)確,給藥不方便。原位凝膠這一新劑型近年來已受到國(guó)內(nèi)外藥劑學(xué)者的重視,FDA批準(zhǔn)了馬來酸噻嗎洛爾離子敏感型凝膠,還有兩個(gè)采用F127制備的人工淚液原位凝膠在澳大利亞和日本上市。目前國(guó)內(nèi)尚未見這類制劑上市。

pH敏感凝膠(in situ pH-sensitive gel),其以溶液狀態(tài)給藥,可在用藥部位因pH環(huán)境的改變立即發(fā)生相轉(zhuǎn)變形成半固態(tài)凝膠。將其應(yīng)用于眼部給藥,能延長(zhǎng)藥物在眼表的滯留時(shí)間,同時(shí)還具有制備簡(jiǎn)單、使用方便、與用藥部位尤其是黏膜組織親和力強(qiáng)、給藥劑量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。Gumy等[2]制備的以醋酸纖維素酞酸酯(CAP)為基質(zhì)的毛果蕓香堿pH敏感眼用原位凝膠、Lin等[3]制備的以0.3%卡波姆(Carbopol)和14%泊洛沙姆407為基質(zhì)的鹽酸毛果蕓香堿pH敏感原位凝膠、Ganguly等[4]制備的3%殼聚糖和3%單油酸甘油酯為基質(zhì)的檸檬酸pH敏感原位凝膠,在用藥部位的滯留時(shí)間均延長(zhǎng),生物利用度均較原有劑型增加?？ú穼俦┧犷惥酆衔?能夠通過改變聚合物周圍環(huán)境的pH值而誘發(fā)膠凝。當(dāng)pH值小于4時(shí),卡波姆在水中分散并溶脹,但不溶解,表現(xiàn)出很低的黏性,pH值為6～12時(shí),卡波姆形成的凝膠黏度最大,但卡波姆酸性較強(qiáng),不僅刺激眼部組織而且很難被淚液中和,所以不適于單獨(dú)用作原位凝膠的基質(zhì)[5]。本文以卡波姆和羥丙甲纖維素(HPMC)聯(lián)合作為凝膠基質(zhì)制得加替沙星pH敏感眼用原位凝膠,并對(duì)其體外釋藥特性與釋放機(jī)制進(jìn)行研究。

1 儀器與試藥

Spectrumlab型紫外分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司);THZ-82A型氣浴恒溫振蕩器(江蘇金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠);ZRS-8G型智能溶出試驗(yàn)儀(天津大學(xué)無線電廠)。

加替沙星原料藥(批號(hào):20080318),江蘇吳中醫(yī)藥集團(tuán)有限公司;卡波姆(980NF,Lubrizol)、HPMC(K4M),上海卡樂康包衣技術(shù)有限公司;其它試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 加替沙星pH敏感眼用原位凝膠的制備

將處方量的卡波姆和HPMC于攪拌條件下撒在蒸餾水液面上,放置過夜,使其充分水化溶脹后將處方量的加替沙星(3 mg/mL)、甘露醇(5%)、苯扎溴銨(0.01%)于攪拌條件下緩慢加入,使完全溶解,再用0.1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至5.5,制成加替沙星pH敏感眼用凝膠。

2.2 加替沙星含量測(cè)定

2.2.1 人工淚液的配置 根據(jù)淚液的電解質(zhì)組成,每1000 mL模擬淚液包括碳酸氫鈉2.18 g、氯化鈉6.78 g、二水氯化鈣0.084 g和氯化鉀1.38 g。該模擬淚液的滲透壓約290 mOsm/L,pH為7.8[6]。

2.2.2 測(cè)定波長(zhǎng)的選擇 精密稱取加替沙星適量,用人工淚液配制成質(zhì)量濃度約為30 μ g/mL的溶液,在200～400 nm范圍內(nèi)進(jìn)行紫外掃描,選擇最大吸收波長(zhǎng)為測(cè)定波長(zhǎng)。按處方比例稱取輔料,用等量人工淚液溶解,配成不含主藥的輔料溶液,進(jìn)行紫外掃描,考察處方輔料對(duì)主藥測(cè)定的干擾情況。結(jié)果顯示,加替沙星在285 nm處有最大吸收,在此波長(zhǎng)處輔料無吸收。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 精密稱取加替沙星對(duì)照品適量,用人工淚液配制成0.3～12.0 μ g/mL的加替沙星標(biāo)準(zhǔn)溶液,在285 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度(A)值,以A對(duì)質(zhì)量濃度(C)進(jìn)行線性回歸,得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程:A=0.0666 C+0.0239(r=0.9999),表明加替沙星在0.3～12.0 μ g/mL范圍內(nèi)吸光度與濃度有良好的線性關(guān)系。

2.3 改良槳法

向小燒杯中加入加替沙星pH敏感眼用凝膠,調(diào)節(jié)pH值7.4使其形成凝膠。將小燒杯放入溶出杯底部,沿溶出杯壁小心倒入預(yù)熱至35℃的人工淚500mL作為釋放介質(zhì)[7]。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速50 r/min,溫度35℃。分別于10,20,40,60,90,120,140 min取樣5 mL(同時(shí)補(bǔ)充人工淚液5 mL),經(jīng)0.45 μ m微孔濾膜濾過濾,在285 nm波長(zhǎng)處測(cè)定A值。釋藥曲線分別進(jìn)行Noexponential零級(jí)動(dòng)力學(xué)、Monoexponential一級(jí)動(dòng)力學(xué)、Higuchi方程擬合,以相關(guān)系數(shù)(r)對(duì)方程擬合度加以判斷,得:Noexponential零級(jí)動(dòng)力學(xué)(r=0.9965)＞Higuchi方程擬合(r=0.9635)＞Monoexponential一級(jí)動(dòng)力學(xué)(r=0.9250)。

通過零級(jí)釋藥模型,一級(jí)釋藥模型,Higuchi方程擬合,結(jié)果發(fā)現(xiàn)加替沙星pH敏感原位凝膠藥物釋放以零級(jí)釋藥模型擬合最佳,該制劑屬于控釋制劑。

2.4 無膜溶出法

將加替沙星pH敏感眼用凝膠加入到圓柱形的容器中,調(diào)節(jié)pH至7.4,使聚合物完全形成凝膠,保持液面平整。加入35℃預(yù)熱的模擬人工淚液2 mL作為釋放介質(zhì),在一定頻率下恒溫振蕩20 min,立即倒出全部釋放介質(zhì),將容器內(nèi)外表面用濾紙吸干,迅速稱量并紀(jì)錄,重新放入振蕩器內(nèi)平衡15 min后,再小心加入預(yù)熱的模擬人工淚液并繼續(xù)振蕩。如此反復(fù)操作,直至剩余凝膠量不足加入量的10%。每次試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。以凝膠累積溶蝕量對(duì)時(shí)間作圖,得到凝膠經(jīng)時(shí)溶蝕曲線?？疾炷z的溶蝕動(dòng)力學(xué)的同時(shí)考察凝膠的藥物釋放,用紫外分光光度法測(cè)定藥物濃度。以藥物累積釋放量對(duì)時(shí)間作圖,得藥物經(jīng)時(shí)釋放曲線[8]。

2.4.1 釋放面積對(duì)凝膠溶蝕和藥物的釋放的影響

2.4.1.1 釋放面積對(duì)凝膠溶蝕的影響 精密稱取優(yōu)化處方凝膠分別置于截面面積為5.31,2.83,1.13 cm2的圓柱形容器中,在35℃,振蕩頻率為150次/min的空氣浴振蕩器中,進(jìn)行凝膠的溶蝕試驗(yàn),將凝膠累積溶蝕量對(duì)時(shí)間作圖,考察釋放面積對(duì)凝膠溶蝕的影響。由圖1可得出,凝膠累計(jì)溶蝕量和溶蝕速率隨著釋放面積的增大而增大,且與時(shí)間呈良好的線性關(guān)系,顯示出零級(jí)動(dòng)力學(xué)特征。釋放面積的改變不影響凝膠溶蝕動(dòng)力學(xué)特征。

2.4.1.2 釋放面積對(duì)藥物釋放的影響 將2.4.1.1項(xiàng)下所得的溶出液稀釋到適宜濃度后,采用紫外分光光度法測(cè)定藥物的釋放,將藥物累積釋放量對(duì)時(shí)間作圖,考察釋放面積對(duì)藥物釋放的影響。由圖2可得出,藥物累積釋放量和釋放速率隨著釋放面積的增大而增大,且與時(shí)間呈良好的線性關(guān)系,顯示出零級(jí)動(dòng)力學(xué)特征。釋放面積的改變不影響藥物釋放動(dòng)力學(xué)特征。

2.4.1.3 不同釋放面積下藥物釋放與凝膠溶蝕相關(guān)性 將藥物累積釋放百分率對(duì)凝膠累積溶蝕百分率作圖,考察不同釋放面積下藥物釋放與凝膠溶蝕相關(guān)性。由圖3可得出,不同釋放面積下的凝膠累積溶蝕百分率與藥物累積釋放百分率呈較好的線性關(guān)系。由于卡波姆和HPMC有較強(qiáng)的吸濕性,導(dǎo)致溶出與釋放開始時(shí)累積溶蝕百分率偏小,甚至在某些情況(凝膠溶蝕速率較小)時(shí),累積溶蝕百分率出現(xiàn)負(fù)值,導(dǎo)致凝膠溶蝕百分率一直小于藥物累積釋放百分率,但是各擬合方程的斜率接近1,所以總體看來,在面積1.13～5.31 cm2內(nèi)凝膠溶蝕與藥物釋放以相似的速度進(jìn)行,凝膠溶蝕是決定藥物釋放的主要因素。

圖3 不同釋放面積下凝膠溶蝕與藥物釋放的相關(guān)性Fig.3 Correlation between drug release and gel erosion

2.4.2 振蕩頻率對(duì)凝膠溶蝕和藥物的釋放的影響

2.4.2.1 振蕩頻率對(duì)凝膠溶蝕的影響 精密稱取優(yōu)化處方凝膠置于截面面積為2.83 cm2的圓柱形容器中,在35℃,振蕩頻率為100,150,200次/min的空氣浴振蕩器中,進(jìn)行凝膠的溶蝕試驗(yàn),將凝膠累積溶蝕量對(duì)時(shí)間作圖,考察振蕩頻率對(duì)凝膠溶蝕的影響。由圖4可得出,凝膠累積溶蝕量和溶蝕速率隨著振蕩頻率的增大而增大,且與時(shí)間呈良好的線性關(guān)系,顯示出零級(jí)動(dòng)力學(xué)特征。振蕩頻率的改變不影響凝膠溶蝕動(dòng)力學(xué)特征。

圖4 振蕩頻率對(duì)凝膠溶蝕的影響Fig.4 The effect of shaking frequency on the gel erosion

2.4.2.2 振蕩頻率對(duì)藥物釋放的影響 將2.4.2.1項(xiàng)下所得的溶出液稀釋到適宜濃度后,采用紫外分光光度法測(cè)定藥物的釋放,將藥物累積釋放量對(duì)時(shí)間作圖,考察振蕩頻率對(duì)藥物釋放的影響。

由圖5可得出,藥物累積釋放量和釋放速率隨著振蕩頻率的增大而增大,且與時(shí)間呈良好的線性關(guān)系,顯示出零級(jí)動(dòng)力學(xué)特征。振蕩頻率的改變不影響藥物釋放動(dòng)力學(xué)特征。

圖5 振蕩頻率對(duì)藥物釋放的影響Fig.5 The effect of shaking frequency on the drug release

2.4.2.3 不同振蕩頻率下藥物釋放與凝膠溶蝕相關(guān)性 將上述試驗(yàn)的藥物累積釋放百分率對(duì)凝膠累積溶蝕百分率作圖,考察不同振蕩頻率下藥物釋放與凝膠溶蝕相關(guān)性。

由圖6可得出,不同振蕩頻率下的凝膠累積溶蝕百分率與藥物累積釋放百分率呈較好的線性關(guān)系,由于卡波姆和HPMC有較強(qiáng)的吸濕性,所以導(dǎo)致溶出與釋放開始時(shí)累積溶蝕百分率偏小,甚至在某些情況(凝膠溶蝕速率較小)時(shí),累積溶蝕百分率出現(xiàn)負(fù)值,導(dǎo)致凝膠溶蝕百分率一直小于藥物累積釋放百分率,但各擬合方程的斜率接近1,所以總體看來,在振蕩頻率100～200次/min內(nèi)凝膠溶蝕與藥物釋放以相似的速度進(jìn)行,凝膠溶蝕是決定藥物釋放的主要因素。

圖6 不同振蕩頻率下凝膠溶蝕與藥物釋放的相關(guān)性Fig.6 Correlation between drug release and gel erosion

3 討 論

本文以卡波姆和HMPC為基質(zhì)設(shè)計(jì)了pH敏感原位凝膠,其在非生理?xiàng)l件下(pH 5.5)為流動(dòng)的液態(tài),在生理?xiàng)l件下(pH 7.4)膠凝成為半固態(tài)。其在體給藥后受眨眼剪切作用鋪展于角膜表面,其鋪展?fàn)顟B(tài)與眨眼頻率將極大程度地影響藥物的釋放速率,所以本文考察了藥物的釋放面積與振蕩頻率對(duì)凝膠中藥物釋放的影響。

研究凝膠中的藥物釋放行為,通常有兩種方法:Franz擴(kuò)散池法[9]和透析袋法[10]。制備凝膠所應(yīng)用的聚合物多具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量,在上述實(shí)驗(yàn)條件下,由于半透膜的截留作用,聚合物不能擴(kuò)散進(jìn)入到釋放介質(zhì)中,也阻礙了藥物的釋放。對(duì)于用作經(jīng)皮藥物傳遞系統(tǒng)的凝膠制劑,上述方法是了解其藥物釋放規(guī)律的理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?但卻不適用于眼部給藥的情況。本研究首次將改良槳法與無膜溶出法結(jié)合起來,綜合研究凝膠中藥物的釋放行為:改良槳法用于考察原位凝膠的釋藥規(guī)律,無膜溶出法用于研究其釋藥機(jī)制。

對(duì)不同釋放面積、不同振蕩頻率下加替沙星的累積釋放百分率與凝膠溶蝕百分率相關(guān)性分析表明,藥物釋放與凝膠溶蝕以相似的速率進(jìn)行;當(dāng)凝膠與釋放介質(zhì)接觸時(shí),水分子滲入到凝膠中導(dǎo)致聚合物膠束解纏結(jié),并松散地堆砌于凝膠表面形成邊界層。而靜態(tài)條件下的溶出實(shí)驗(yàn)證實(shí),溶蝕的聚合物集結(jié)在凝膠表面形成的邊界層極大地延緩了藥物釋放,此時(shí)的釋放行為遵循Fick擴(kuò)散模式。但是由于眨眼作用,凝膠表面邊界層的厚度變薄,藥物釋放行為不遵循Fick擴(kuò)散模式,而是隨著凝膠的溶蝕而釋放,改良槳法與無膜溶出法兩法相互印證,凝膠溶蝕是決定藥物釋放的主要因素。

[1]蔡興俊.氟喹諾酮類藥物(加替沙星)的基礎(chǔ)研究及臨床應(yīng)用[J].中國(guó)誤診學(xué)雜志,2006,6(2):227-229.

[2]Gumy R,Boye T,Ibrahim H.Ocular therapy with nanoparticulate systems for controlled drug delivery[J].J Controlled Release,1985,2:353-361.

[3]Lin H R,Sung K C.Carbopol/pluronic phase change solutions for ophthalmic drug delivery[J].J Controlled Release,2000,69(3):379-388.

[4]Ganguly S,Dash A K.A novel in situ gel for sustained drug delivery and targeting[J].Int J Pharm,2004,276(1-2):83-92.

[5]李素俠,曹德英.眼用即型凝膠的研究進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)院藥學(xué)雜志,2008,28(3):228-230.

[6]Helene H,Mattias P,Katarina E.Evaluation of mucoadhesion for two polyelectrolyte gels in simulated physiological conditions using a rheological method[J].Eur J Pharm Sci,2000,9:301-309.

[7]刁雨輝,周建平.眼用溫敏凝膠釋放度及其影響因素研究[J].廣東藥學(xué)院學(xué)報(bào),2008,24(6):561-577.

[8]Bhardwaj R,Blanchard J.Controlled-release delivery system for the α-MSH analog melanotan-Ⅰ using poloxamer 407[J].J Phar m Sci,1996,85(9):915-919.

[9]Rathapon A,Anuvat S,Panida V.Viscoelastic properties of Carbopol 940gels and their relationships to piroxicam diffusion coefficients in gel bases[J].Pharm Res,2005,22(12):2134-2140.

[10]Srividya B,Cardoza R M,Amin P D.Sustained ophthalmic delivery of ofloxacin from a pH triggered in situ gelling system[J].J Controlled Release,2001,73(2):205-209.