多藥載藥緩釋系統(tǒng)的研究進(jìn)展

王敬龍，韓 舒，孫 琪，柳 康，吳梓齊，劉志輝

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科，吉林 長春 130021)

多藥載藥緩釋系統(tǒng)的研究進(jìn)展

王敬龍，韓 舒，孫 琪，柳 康，吳梓齊，劉志輝

(吉林大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科，吉林 長春 130021)

在組織工程技術(shù)中往往需要多種細(xì)胞因子的協(xié)同作用，這給多藥載藥緩釋系統(tǒng)以廣闊的發(fā)展前景。多藥載藥緩釋系統(tǒng)即是將兩種或多種藥劑包載到一個(gè)緩釋系統(tǒng)中，通過藥劑的不同包載方式及載體材料的特有性質(zhì)等來控制藥劑的釋放順序和持續(xù)時(shí)間。本文主要從載體材料、載藥方式、釋藥途徑和制備方法等方面對(duì)多藥載藥緩釋系統(tǒng)加以綜述。

多藥載藥；緩釋；控釋；高分子材料；納微球制備

將藥劑或細(xì)胞因子裝載于藥物運(yùn)載系統(tǒng)(Drug delivery system，DDS)中并控制其釋放，已成為多種疾病的有效治療手段，尤其在組織再生工程中頗具前景。然而，許多疾病的治療需要多種藥物聯(lián)合應(yīng)用，如腫瘤(包括多種口腔頜面部惡性腫瘤，如口腔鱗癌)的化療方案，往往需要兩種或三種化療藥物聯(lián)合應(yīng)用，針對(duì)不同的抑癌機(jī)制發(fā)揮治療作用，殺滅處于不同生長周期的腫瘤細(xì)胞，從而較好的抑制腫瘤生長[1]；在骨組織工程技術(shù)中，包括頜骨重建過程中，需要在骨形成的不同階段給予各自的生長因子，發(fā)揮細(xì)胞因子間的協(xié)同作用，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化及表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)骨的重建[2]等。因此，單一載藥緩釋系統(tǒng)已無法滿足當(dāng)前醫(yī)療需求。在這種情況下，多藥載藥緩釋系統(tǒng)的研制就成為研究的熱點(diǎn)問題。多藥載藥緩釋系統(tǒng)即是將兩種或多種藥劑包載到一個(gè)載藥系統(tǒng)中，在不同藥劑的各自釋放階段，按照給藥部位的獨(dú)特治療需要，控制藥劑的釋放順序和時(shí)間。藥劑的包載方式以及載體材料的性質(zhì)往往是影響藥劑釋放行為的主要因素。本文主要從材料、載藥方式、釋藥途徑、制備方法等方面對(duì)多藥載藥緩釋系統(tǒng)加以綜述。

1 多藥載藥緩釋系統(tǒng)常用載藥高分子材料

在多藥載藥緩釋系統(tǒng)中，載體材料的性質(zhì)往往決定了載藥系統(tǒng)的釋放特性。不同的體系要用到的材料有所差別，但其多具有某些共同特點(diǎn)，如：性質(zhì)穩(wěn)定，不與藥物反應(yīng)，不會(huì)被機(jī)體迅速代謝；無毒無害，不對(duì)正常生理活動(dòng)產(chǎn)生影響，具備良好的生物相容性；可降解，且其降解產(chǎn)物無毒副作用；有一定的強(qiáng)度和可塑性，可將藥劑包裹于內(nèi)等。除此之外，載體材料還應(yīng)具有相應(yīng)的粘度、親水性、溶解性等，這與所包載藥劑的性質(zhì)、給藥方式等有關(guān)[3]。

1.1 天然高分子材料

1.1.1 淀粉衍生物 淀粉是天然多糖類化合物，大量存在于農(nóng)作物中，具有來源廣泛、成本低，良好的生物相容性、生物降解性，無毒、無免疫原性等優(yōu)點(diǎn)。但其自身較脆，不適合單獨(dú)用作藥物載體，需行表面改性。用作藥物載體的大多為其衍生物。

1.1.2 明膠 明膠是從動(dòng)物結(jié)締組織中提取的多肽混合物，具有生物可降解性，幾乎無抗原性。不溶于冷水，但能吸水膨脹，溶于30℃以上溫?zé)崴Ｃ髂z有酸堿兩種制備方法，使用時(shí)可根據(jù)具體需要選擇種類。明膠更因其良好的成膜性能而廣泛應(yīng)用于裝載藥物的膠囊。

1.1.3 海藻酸鹽 海藻酸鹽是天然高分子多糖，存在于褐藻類中，為白色或黃白色粉末，無臭、無味。藻酸鹽可與二價(jià)陽離子聚合產(chǎn)生凝膠層，阻滯藥劑釋放，因而可制成緩釋制劑。這種產(chǎn)生凝膠的過程無刺激性，因此不會(huì)影響細(xì)胞因子、細(xì)胞或DNA等生物活性物質(zhì)。此外，海藻酸鹽無抗原性。所有這些特性使得以其為原料制成的緩釋微球成為包載生物活性物質(zhì)的優(yōu)先選擇。

1.1.4 殼聚糖 殼聚糖是唯一的天然堿性多糖，性質(zhì)獨(dú)特。殼聚糖為聚陽離子，可以與海藻酸鹽等聚陰離子通過電荷吸引而形成一層聚電解質(zhì)半透膜。殼聚糖及其分解產(chǎn)物無毒，具有生物相容性及生物可降解性，更有抗菌消炎、耐酸、抗?jié)?、促進(jìn)傷口愈合、降脂和降膽固醇的作用[4]。這些獨(dú)特性能使殼聚糖成為良好的載藥基質(zhì)應(yīng)用于緩釋系統(tǒng)。

1.2 半合成高分子材料 用于載藥基質(zhì)的半合成高分子材料主要是纖維素衍生物，包括羧甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、乙酸纖維素鄰苯二甲酸酯、丁酸乙酸纖維素等。這些纖維素衍生物毒性小、黏度大、成鹽后溶解度變大，但易于水解，不宜高溫處理及長期儲(chǔ)存。

1.3 合成高分子材料

1.3.1 聚乳酸 聚乳酸(Polylactic acid，PLA)又稱聚丙交酯，屬聚酯家族。PLA是以乳酸為主的高分子聚合物，原料充足且可再生。PLA的制造過程無污染，且產(chǎn)品可生物降解，其生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性均較好，還具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外線特性，因此是理想的綠色高分子材料。

1.3.2 聚乳酸-羥基乙酸共聚物 聚乳酸-羥基乙酸共聚物[Poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]由乳酸和羥基乙酸共同聚合而成，其無毒，且具有良好的生物相容性及可降解性、良好的成囊和成膜特性，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)、醫(yī)用工程材料及現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域。

1.3.3 聚維酮 聚維酮(Polyvinyl pyrrolidone，PVP)，化學(xué)名為聚乙烯吡咯烷酮，為一種水溶性高分子聚合物，其單體為N-乙烯基-2-吡咯烷酮(N-Vinyl pyrrolidone)，作為中間體在醫(yī)藥及化工領(lǐng)域有重要應(yīng)用。PVP更以三大藥用新輔料之一而被國際社會(huì)所倡導(dǎo)。采用聚酯材料如PLA、PLGA作為載藥微球的載體，可以有效保護(hù)藥劑、增溶并提高生物利用度，尤其適用于目前研究開發(fā)較多的多肽、疫苗、激素等生物大分子藥[5]。但是其細(xì)胞相容性欠佳，且制作微球時(shí)必須應(yīng)用有機(jī)溶劑，可能影響蛋白質(zhì)的生物活性；其降解產(chǎn)物均為酸性物質(zhì)，局部大量酸性物質(zhì)的堆積，可能影響機(jī)體的代謝，為臨床應(yīng)用帶來麻煩[6]。

1.3.4 聚乙二醇單甲醚 聚乙二醇單甲醚[Methoxy poly(ethylene glycol)，mPEG]是由乙二醇單體聚合而成，為線性高分子材料，具有優(yōu)越的物理化學(xué)及生物學(xué)特性，包括親水性、溶解性及無毒性等，而且不會(huì)產(chǎn)生抗原和免疫原，所以研究者們常用mPEG與PLA/PLGA共聚來實(shí)現(xiàn)其改性[7]。mPEG不可降解，可直接被排出體外，在某種程度上避免了局部酸性物質(zhì)的堆積。

2 多藥載藥緩釋系統(tǒng)的載藥方式

載藥方式會(huì)明顯的影響藥劑的釋放行為。目前，緩釋系統(tǒng)的載藥方式主要有物理吸附、物理包封和化學(xué)偶聯(lián)三種方式[8]。物理吸附是指藥劑通過靜電等物理作用吸附于載體表面，將緩釋系統(tǒng)置于釋放介質(zhì)中時(shí)，藥劑迅速從載體表面釋放，即引起藥劑的突釋現(xiàn)象。物理包封是指將藥劑包裹于載體材料中，在物理包封中，交聯(lián)度不同的載藥微球，藥劑的釋放行為也不同，具體表現(xiàn)為交聯(lián)度越高緩釋效果越好。將藥劑通過化學(xué)偶聯(lián)的方式裝載于載體中是目前研究較熱的載藥方式，藥劑的釋放主要受體系中某些蛋白酶等的影響。通過水解藥劑與載體間的化學(xué)鍵，可以達(dá)到使藥劑逐步釋放的目的。

在多藥載藥系統(tǒng)中，可以將多種藥劑以不同的方式裝載于同一系統(tǒng)中，藥劑裝載方式和裝載部位的不同可分別影響其釋放行為。Chen等[9]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同時(shí)利用微球和支架裝載藥劑時(shí)，藥劑的釋放形式近似脈沖式，這可能是因?yàn)樗巹┖洼d藥微球從支架中釋放后，微球中的藥劑還需從微球中再釋放，從而形成藥劑的階段性釋放特點(diǎn)。

3 多藥載藥緩釋系統(tǒng)的釋藥途徑

目前藥劑的釋放途徑主要包括突釋、滲透、隨溶解釋放等。以核殼結(jié)構(gòu)為例，位于介質(zhì)中時(shí)，外殼吸附的藥劑首先釋放，產(chǎn)生突釋現(xiàn)象。外殼的存在延緩了內(nèi)核的降解，這一階段主要是大部分外殼的降解和一小部分內(nèi)核，外殼藥劑A大量釋放，內(nèi)核藥劑B通過滲透作用少量釋放。當(dāng)外層溶解后內(nèi)核失去保護(hù)，微球降解開始加快。藥劑B在這一過程持續(xù)釋放，可達(dá)到較好的緩釋和控釋效果。在這一過程中利用納微球的核殼結(jié)構(gòu)可以很好的控制兩種藥劑在不同階段的釋放，并且由于聚合物外殼的阻滯作用，核內(nèi)所包載的藥劑能夠長效緩釋[10]。值得一提的是，此體系可以增加外殼層數(shù)，層層包裹藥劑，達(dá)到時(shí)空性控制藥劑的釋放行為。

4 多藥載藥緩釋體系的制備方法

對(duì)于只有單一核殼結(jié)構(gòu)的載藥微球，目前已有許多成熟的制備方法，如微乳法、復(fù)乳法、有機(jī)相分離法、超臨界抗溶劑法、靜電紡絲技術(shù)、自組裝技術(shù)等物理和化學(xué)的方法[11]。但，關(guān)于多藥載藥微球的制備方法相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道極少，筆者根據(jù)有限資料整理，列出如下幾種主要方法。

4.1 靜電紡絲技術(shù) 在靜電紡絲過程中，數(shù)千甚至數(shù)萬伏特高壓靜電將被施加到聚合物溶液或熔融體中，大量電荷聚集于聚合物溶液，當(dāng)電荷累積達(dá)到一定程度后，電荷之間排斥力足以克服溶液表面張力，溶液就能夠形成細(xì)流激射而出。由于聚合物高分子間帶有同種電荷，彼此相互排斥，隨溶劑的揮發(fā)而固化后最終落在接收裝置上的即為納米纖維[12]。該裝置在同樣條件下，當(dāng)聚合物溶液的濃度低于某一值時(shí)，在電場力作用下的聚合物溶液將形成細(xì)小的液滴，溶劑揮發(fā)后形成納微顆粒，此過程即為靜電噴射。靜電紡絲技術(shù)能成功將載有不同藥劑的納微顆粒裝載于紡絲纖維內(nèi)，形成納微顆粒-紡絲纖維復(fù)合物，實(shí)現(xiàn)不同藥劑的可控性緩釋[13]。同樣，將載有一種藥劑的納微顆粒包載于含有另一種藥劑的紡絲纖維內(nèi)，也能夠?qū)崿F(xiàn)這兩種藥劑的可控性釋放。

4.2 基于核殼結(jié)構(gòu)的層層包裹技術(shù) 是以傳統(tǒng)載藥微球技術(shù)為基礎(chǔ)，將藥劑包裹于納微顆粒中后，用另一種載體材料對(duì)其再進(jìn)行包埋[14]。以離子誘導(dǎo)法(離子交聯(lián)法)為例：將三聚磷酸鈉(TPP)與殼聚糖混合進(jìn)行離子誘導(dǎo)凝膠化，可在一定條件下制備出殼聚糖納微給藥載體[15]。通過帶負(fù)電的磷酸根離子與帶正電的殼聚糖分子發(fā)生交聯(lián)凝膠化，即可順利制備出納微載藥顆粒。同時(shí)有學(xué)者指出，將藥劑與海藻酸鈉溶液混合均勻，通過輸液器針頭或微孔硅膠管滴入到CaCl2溶液中，利用細(xì)孔噴嘴的噴射作用或溶液的重力作用，把在細(xì)孔附近形成的小液滴輸送到凝固浴中發(fā)生交聯(lián)可形成微球[16]。利用交聯(lián)后得到的微球，加入到含相反電荷的溶液中，即可反復(fù)包裹形成多層微球。筆者以海藻酸鈉溶液溶解藥劑，以CaCl2溶液為交聯(lián)劑，將制備的核心球加入到適宜濃度的含有另一種藥劑的殼聚糖溶液中二次交聯(lián)，反復(fù)多次，已成功制備出多層多藥緩釋微球。筆者相信通過工藝條件的優(yōu)化，一定能夠制備出符合臨床需求的多藥載藥緩釋微球。

值得注意的是，層層包裹技術(shù)不僅限于離子誘導(dǎo)法。比如將傳統(tǒng)方法制得的載藥納微粒混合分散于電噴前驅(qū)液中，再利用靜電噴射方法，也可制備出具備核殼結(jié)構(gòu)的多藥載藥微球。

4.3 其他 包括通過生物可降解嵌段聚合物的自組裝方式，制備納微給藥顆粒[17]。以及利用異種聚合物之間相分離的現(xiàn)象，一步完成雙層納微球的制備，即可避免只使用單一材料的局限性，也可避免使用現(xiàn)有涂層技術(shù)可能帶來的缺陷[18]。上述方法國內(nèi)外報(bào)道較少，有待后來學(xué)者深入研究。

在載藥系統(tǒng)的制備過程中如何通過采用新型的聚合物材料、不同的藥劑裝載方式以及如何對(duì)納微載體進(jìn)行表面修飾等方式，使納微載體具有對(duì)諸如PH值、溫度、電磁等的環(huán)境敏感性和特異性識(shí)別特定細(xì)胞的特性，從而賦予載藥系統(tǒng)主動(dòng)靶向性和藥劑釋放可控性是目前研究的熱點(diǎn)問題[19]。

5 多藥載藥緩釋系統(tǒng)的展望

多藥載藥系統(tǒng)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單一載藥體系的諸多缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了通過一種緩釋體系同時(shí)發(fā)揮兩種或多種藥效的功能，與傳統(tǒng)單一載藥體系相比，既提高了局部藥劑濃度，降低藥劑毒性，又延長了藥劑作用時(shí)間，延長用藥間隔，減少用藥次數(shù)，從而提高了患者用藥順應(yīng)性和用藥水平，極大地提高了治療的依從性。近幾年研究表明，多藥載藥系統(tǒng)在諸多疾病治療領(lǐng)域顯示出了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如惡性腫瘤的化療、結(jié)核病的聯(lián)合用藥、多種中藥成分的緩釋片劑等。隨著多藥載藥系統(tǒng)研究的不斷深入，在許多疾病治療領(lǐng)域如高血壓的聯(lián)合用藥、糖尿病的聯(lián)合用藥、感染性疾病的抗生素聯(lián)合應(yīng)用、軟組織缺損修復(fù)中生長因子和抗生素聯(lián)合應(yīng)用等都將發(fā)揮重要作用。除此以外，多藥載藥緩釋系統(tǒng)在組織工程技術(shù)中也具有廣闊前景，如將多種細(xì)胞因子加載于緩釋體系內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多細(xì)胞因子的程序性、可控性釋放，在組織再生的不同階段發(fā)揮不同細(xì)胞因子的生物學(xué)功能，將極大降低組織工程技術(shù)的操作難度，實(shí)現(xiàn)組織工程技術(shù)的智能化，對(duì)組織工程技術(shù)而言將具有劃時(shí)代意義。

雖然多藥載藥緩釋系統(tǒng)在諸多醫(yī)療領(lǐng)域都顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的開發(fā)前景，但人們對(duì)其研究仍處于起步階段。目前尚有許多問題亟待解決，如：如何實(shí)現(xiàn)多藥載藥系統(tǒng)的藥劑靶向性，實(shí)現(xiàn)不同藥劑的程序性、可控性釋放，如何提高藥劑的包封率、載藥量和緩釋性能，怎樣提高藥劑的穩(wěn)定性等方面，尚需科研人員進(jìn)一步努力。

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吉林省科技廳中青年科技領(lǐng)軍人才及創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(編號(hào)：20130521008JH)；吉林省科技廳重點(diǎn)科技攻關(guān)科技計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：20140204066SF)

劉志輝。E-mail：liuzhihui1975@sina.com