載藥(甲磺酸帕珠沙星)水凝膠的制備及其藥物緩釋性能*

于金剛， 黃可龍， 唐金春

(中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410083)

隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)和納米科學(xué)研究的不斷發(fā)展，納米粒子載藥體系正憑借其獨特的優(yōu)點已成為藥物控制釋放和靶向釋放研究的主要方向[1～3]。碳納米管(CNT)因其具有良好的力學(xué)性能、大比表面積、優(yōu)異的細(xì)胞穿透性能，已成為最有潛力的醫(yī)藥載體材料之一[4,5]。大量的研究結(jié)果表明改善CNT的溶解性可提高其生物相容性。

新喹諾酮具有廣譜活性、強殺菌作用、對感染組織良好的滲透力以及后抗菌效應(yīng)，臨床療效明確。因其發(fā)展迅速，新出現(xiàn)藥物的抗菌譜日益擴大，且抗菌活性也逐漸增強，適應(yīng)癥擴大，形成與第三代頭孢菌素競爭的局面。甲磺酸帕珠沙星{(S)-(-)-10-(1-氨基環(huán)丙基)-9-氟-3-甲基-7-氧代-2，3-二氫-7H-吡啶[1，2，3，de][1，4]苯并噁嗪-6-羧酸甲磺酸鹽(1)， Chart 1}是帕珠沙星的甲基磺酸鹽，為一前體藥物，是與左氧氟沙星同一母環(huán)系的10-(1-氨基環(huán)丙基)喹諾酮類藥物。1有一個手性中心，對革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌均有很強的抗菌作用，而且?guī)缀鯖]有中樞神經(jīng)副作用[6]。

Chart1

智能高分子水凝膠則是一類受外界環(huán)境的微小物理和化學(xué)刺激(如溫度，pH值等)，其自身性質(zhì)就發(fā)生明顯改變的交聯(lián)聚合物，在醫(yī)療傳感器、組織填充材料、酶的包埋及藥物可控釋放等高新技術(shù)領(lǐng)域均有研究與應(yīng)用。本文以1為模型藥物，以殼聚糖(CS)修飾的多壁碳納米管(MWCNT-CS)/殼聚糖半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠(C)為載體，采用浸泡法合成了不同MWCNT-CS含量(0%， 2．5%， 10．0%)的三種載藥水凝膠[C0(1)， C2．5(1)， C10．0(1)]。研究了Cn(1)中MWCNT-CS含量以及pH值對1釋放性能的影響，并對1的釋放機制進(jìn)行了初步探討。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

UV-3802型紫外-可見光分光光度儀；HZQ-C空氣浴恒溫振蕩器。

1[7]和MWCNT-CS[8]按文獻(xiàn)方法制備；磷酸二氫鉀，分析純，青州順源化工有限公司。

1．2 C的制備(以C2．5為例)

將MWCNT-CS 10 mg[w(MWCNT-CS)=MWCNT-CS/MWCNT-CS+CS=2．5%]， CS 390 mg(MWCNT-CS)和2%AcOH 20 mL,攪拌使其溶解;加入2.5%戊二醛2 mL，充分?jǐn)嚢韬蟮谷肱囵B(yǎng)皿中，于30 ℃放置24 h制得凝膠。將其切成規(guī)則小圓塊，于室溫用蒸餾水浸泡3 d(定期換水，以除去殘留單體和未交聯(lián)的大分子)；于室溫晾干1 d；放入冰箱速凍后經(jīng)真空冷凍干燥制得多孔干凝膠C2．5。

用類似的方法制得C0和C10。

1.3 1的包埋[C(1)的制備]

采用浸泡法將C浸泡在c(1)=0.1 g·mL-1中2 d；將吸附藥物的水凝膠在真空下干燥至恒重，即得載藥水凝膠C(1)。

載藥前后干凝膠的質(zhì)量差即為載藥量；載藥量與C的比值即為載藥率(L)。MWCNT-CS含量與L的關(guān)系見表1。

表1 C的載藥率

2 結(jié)果與討論

2．1 1緩釋性測定

(1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

在500 mL容量瓶中加入干燥至恒重的1 50 mg，用磷酸鹽緩沖溶液(PBS, pH 7.4)溶解后再用PBS定容。取少量測試液于200 nm～500 nm進(jìn)行紫外掃描。掃描圖譜顯示1在249 nm處有最強吸收。選擇249 nm作為測定波長。

(2) 藥物緩釋性測定

將C(1)分別加入PBS 5 mL和HCl(pH 1.2)5 mL中,于37 ℃在恒溫振蕩箱中水平振蕩(100 r·min-1)，每隔一定時間用移液管取樣1 mL，再用容量瓶定容至10 mL。分別以各自的空白作參比，在249 nm處測定不同濃度1的紫外吸光值(同時把相同體積的釋放介質(zhì)補充到溶液體系中，使其保持體積恒定在5 mL)制得其各自的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線分別得RPBS=0.999 94和RHCl=0.999 34。由標(biāo)準(zhǔn)曲線計算出各個時間點中1的濃度和含量。各個時間段內(nèi)1的含量與前一時間的1的釋放總量相加，為該時段的1的釋放總量，釋放總量與載藥量的比值即為累積釋藥率，繪制累計釋藥率與時間的關(guān)系圖(圖1和圖2)。

2．2 C(1)的藥物緩釋性能研究

C(1)的載藥量見表1。由表1可以看出它們的載藥量都很大，特別是C0(1)，載藥率達(dá)126.7%；載藥量最小的C10．0(1)也達(dá)到87.4%。主要是1的水溶性好，藥物分子易隨水分子進(jìn)入凝膠的網(wǎng)絡(luò)空隙。

雖實驗中所選取的干凝膠的質(zhì)量非常接近，但載藥量卻有較大差別。從溶脹規(guī)律[9]可發(fā)現(xiàn)凝膠載藥率變化規(guī)律與凝膠溶脹度變化規(guī)律一致，即隨凝膠親水性增強，溶脹比增大，1的載藥率也有所提高。這說明凝膠C對1的吸附一定程度上取決于凝膠溶脹比。1是親水性藥物，在凝膠溶脹過程中，1隨溶劑進(jìn)入凝膠網(wǎng)絡(luò)，而1與凝膠網(wǎng)絡(luò)中疏水側(cè)基的相互作用對載藥率影響不大。

(1) CNT-CS含量對藥物釋放性能的影響

圖1為C(1)在PBS中的藥物累積釋放速率與時間關(guān)系圖。從圖1可明顯看出，釋放速率隨時間延長而增大，但最后釋放速率趨于恒定。在相同時間內(nèi)，藥物釋放率與凝膠中MWCNT-CS含量有關(guān)，即MWCNT-CS含量越高，釋放率越小。凝膠溶脹度以及溶脹速率大小是隨著凝膠中MWCNT-CS含量增加而減小[9]，因此也說明凝膠溶脹度越大，溶脹速率也越大，越有利于藥物溶出。

Time/h

從圖1還可以看出，C0(1)在釋藥前期有“暴釋”現(xiàn)象，釋藥速率急劇上升，在12 h就達(dá)82.2%,而之后6 d內(nèi)，釋藥速率幾乎趨于恒定。而C2．5(1)和C10．0(1)，雖在前期也出現(xiàn)了短暫的“暴釋”現(xiàn)象，但很快使趨向平緩增長期，最后也達(dá)到釋藥速率恒定。

三種載藥凝膠在開始釋藥時都有“暴釋”，這是由于一部分藥物只是簡單附著在凝膠表面，一旦放入緩沖介質(zhì)中，由于凝膠內(nèi)外的藥物濃度差，藥物很容易從凝膠上脫離，處于自由擴散狀態(tài)。同時藥物與凝膠高分子網(wǎng)絡(luò)之間因氫鍵和范德華力等作用進(jìn)入凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)空格，在緩沖介質(zhì)中凝膠由外而內(nèi)不斷發(fā)生溶脹，藥物分子隨凝膠溶脹而不斷向外擴散和溶解。對于C0(1)，由于其表面孔徑較大，溶脹速率較快，后面的擴散和溶解過程發(fā)生也較快，和前一階段的自由擴散效應(yīng)累積，故而出現(xiàn)前12 h內(nèi)的“暴釋”。 在C2．5(1)和C10．0(1)中，藥物分子所受到的吸附力更大，不僅有氫鍵和范德華力等，還有凝膠內(nèi)部碳納米管管壁對藥物小分子的較強的吸附力，故而藥物分子的進(jìn)一步擴散溶解不會很快地發(fā)生在自由擴散階段初期，而是表現(xiàn)為在“暴釋”之后的一段較長時間內(nèi)較平緩地增大，最后也恒定。

(2) pH對藥物釋放性能的影響

以C0(1)和C10．0(1)為例，考察了pH值對其藥物釋放性能的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，pH值對C0(1)的藥物釋放速率影響大于C10．0(1)，主要是因為pH值對C0(1)的溶脹度以及溶脹速率的影響較大。酸性溶液中C0(1)迅速溶脹，藥物小分子快速從凝膠網(wǎng)絡(luò)中擴散。而C10．0(1)雖在酸性溶液中其溶脹度和溶脹速率都高于在它在pH值為7.4的緩沖溶液，但同時因CNT對藥物小分子有較強吸附力，使藥物分子因凝膠溶脹向溶液中擴散的趨勢為作用相反的吸附力所緩解，導(dǎo)致其釋放效果對pH不太敏感。

Time/h

3 結(jié)論

以甲磺酸帕珠沙星(1)為藥物，以殼聚糖修飾的多壁碳納米管(MWCNT-CS)/殼聚糖半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠(C)為載體，采用浸泡法合成了不同MWCNT-CS含量(0%， 2．5%， 10．0%)的三種載藥水凝膠[C0(1)， C2．5(1)和C10．0(1)]。C0(1)的載藥量最大(126.7%)， C10．0(1)的載藥量最小(87.4%)。

藥物釋放速率及釋放量均隨載藥凝膠中MWCNT-CS含量的增加而減少。pH對C10．0(1)中藥物釋放速率影響較??；而對C0(1)藥物釋放速率影響較明顯。

C0(1)期前期藥物明顯的“暴釋現(xiàn)象”；而C10．0(1)的釋藥速率則相對較平緩，其體外釋藥時間長達(dá)一周，有較明顯的緩釋特性。MWCNT-CS的含量對凝膠載藥和釋藥均有影響，故可通過控制MWCNT-CS在(MWCNT-CS+CS)中的含量來制備相應(yīng)水凝膠，實現(xiàn)藥物緩釋、控釋。

[1] Portney N G, Ozkan M. Nano-oncology:Drug delivery,imaging,and sensing[J]．Anal Bioanal Chem,2006,384(3):620-630.

[2] Wang Y, Tang Z, Kotov N A. Bioapplication of nano semiconductors[J].Mater Today,2005,8(5):20-31.

[3] Rawat M, Singh D, Saraf S,etal. Nanocarriers:Pro mising vehicle for bioactive drugs[J].Biol Pharm Bull,2006,29(9):1790-1798.

[4] Fiorito S, Serafino A, Andreola F,etal. Toxicity and biocompatibility of carbon nanoparticles[J].J Nanosci Nanotechnol,2006,6(3):591-599.

[5] Lacerda L, Bianco A, Prato M,etal. Carbon nanotubes as nanomedicines:From toxicology to pharmacology[J].Adv Drug Deliver Rev,2006,58(14):1460-1470.

[6] 劉明亮,郭慧元. 新喹諾酮類抗菌藥甲磺酸帕珠沙星[J].中國新藥雜志,2004,13(12):1164-1168.

[7] 劉艷飛,黃可龍,彭東明,等. 甲磺酸帕珠沙星的合成工藝改進(jìn)[J].中國藥物化學(xué)雜志,2005,15(6):344-346.

[8] Yu J G, Huang K L. Tang J C,etal. Rapid microwave synthesis of chitosan modified carbon nanotube composites[J].Int J Biol Macromol,2009,44:316-319.

[9] 唐金春,黃可龍,于金剛, 等. 殼聚糖-碳納米管/殼聚糖半互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠的機械性能及pH敏感性[J].化學(xué)學(xué)報,2008,66(5):541-544.