聚乳酸載藥微球的制備研究*

于瀲曼

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

聚乳酸(PLA)由α-羥基丙酸聚合形成，化學(xué)式為HO—CH3CHCOO—H，通常由乳酸作為原料聚合生成。PLA為淡黃色透明固體，可以溶解于三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮、乙腈中，不能溶解于水、乙醇、乙酸乙酯等；沒有毒性、沒有刺激性，擁有很好的機(jī)體適應(yīng)性，能夠生物降解、吸收，并且可塑性好，易加工成型。PLA在人體中可以用水解反應(yīng)及生物酶的方式分解，從而生成二氧化碳及水，所以其被看做是有極大市場潛力的生物分解聚合物，也受到了研究者的青睞[1]。在PLA應(yīng)用市場的發(fā)展和擴(kuò)大過程中，僅僅使用PLA聚合體已經(jīng)不再可以勝任。各種藥品需要得到與攜帶的物質(zhì)相匹配的分解速度，同時(shí)應(yīng)該研究物質(zhì)的質(zhì)量、擴(kuò)散能力以及水溶性，研究者們繼續(xù)開發(fā)PLA的不同聚合體，以此提升PLA的使用性能。

與自然存在的多聚體比較，醫(yī)用的工業(yè)生產(chǎn)多聚體物質(zhì)絕大部分具有確切的結(jié)構(gòu)式以及相對分子質(zhì)量，其可以使用的種類和形式非常多[2]，也具有塑性好、結(jié)構(gòu)不易改變的優(yōu)點(diǎn)。通過變化多聚體的單體以及數(shù)量，就能得到多樣的分解速度，也能高效地調(diào)節(jié)藥物發(fā)揮作用的過程[3]。

硝苯地平用于預(yù)防和治療冠心病和心絞痛，特別是變異型心絞痛和冠狀動(dòng)脈痙攣所致心絞痛。對呼吸功能沒有不良影響，故適用于患有呼吸道阻塞性疾病的心絞痛患者，其療效優(yōu)于β受體拮抗劑。還適用于各種類型的高血壓，對頑固性、重度高血壓也有較好療效。由于能降低后負(fù)荷，對頑固性充血性心力衰竭亦有良好療效，宜于長期服用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

硝苯地平：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，Sigma-Aidrich公司；PLA：相對分子質(zhì)量為100 000，山東醫(yī)療機(jī)械研究所；聚乳酸羥基乙酸(PLGA)：x(乳酸)/x(羥基乙酸)=50/50，山東醫(yī)療機(jī)械研究所；聚羥基乙酸(PGA)：相對分子質(zhì)量為30 000～50 000，山東醫(yī)療機(jī)械研究所；聚乙烯醇：相對分子質(zhì)量為31 000～50 000，西格瑪公司；二氯甲烷：廣州市東宏化工廠；其它均為市售化學(xué)品。

1.2 儀器設(shè)備

傅里葉變換紅外光譜：Vector33，德國Bruker公司；掃描電子顯微鏡：LEO2530VP，德國LEO公司；真空泵：2ZX-1，浙江黃巖求精真空泵廠；高剪切分散乳化機(jī)：FA25，上海Fluka流體機(jī)械制造有限公司；顆粒粒度儀：Mastersizer2000，英國Malvern公司。

1.3 藥載聚乳酸微球的制備

PLA微球的制備采用溶劑蒸發(fā)的方法[4]。將一定量的PLA和硝苯地平溶解在10 mL二氯甲烷中，進(jìn)行攪拌使PLA充分溶解。然后，將聚合物溶液滴加到加有聚乙烯醇分散劑的水中并進(jìn)行攪拌。隨著空氣和水的界面蒸發(fā)，二氯甲烷逐漸揮發(fā)，硝苯地平包裹在PLA表面，形成微球，慢慢沉淀出來，微孔過濾3次后，洗滌、真空干燥，得到干凈的固態(tài)硝苯地平PLA藥載微球，于4 ℃避光處保存，具體操作過程如圖1所示。

圖1 藥載PLA微球制備流程

2 結(jié)果與討論

2.1 微球載體性能的影響因素

聚合物微球載體的性能直接決定了藥物在實(shí)際中的效率、釋放、靶性以及其它特征。影響微球載體性能的因素很多，主要通過聚合物濃度、藥物的初始含量、微球表面形態(tài)以及聚合物與藥物的相容性等方面入手，探討聚合物微球載體的性能。

2.1.1 粒徑和載藥量的影響

在生物緩釋藥物中，粒徑的大小、分布是藥物性能的重要影響因素之一，它決定了藥物在體內(nèi)的良好分散及準(zhǔn)確追蹤。載藥量則是藥物效率的主要影響因素之一，載藥量的大小，決定了藥物的釋放量和藥物在體內(nèi)環(huán)境的作用率。因此，粒徑和載藥量是藥物有效率的重要指標(biāo)。

2.1.1.1 PLA濃度的影響

PLA用量對微球性質(zhì)的影響如表1所示。

表1 PLA用量對微球性質(zhì)的影響

由表1可以看出，隨著聚乳酸用量的不斷加大，微球粒徑逐漸增大。包載效率同時(shí)也隨之增大，載藥量降低。由于溶液體積不變，PLA增多，溶液粘度增大，分散度降低，微粒聚集的可能性增加，微球粒徑也隨之增加。

2.1.1.2 初始藥物含量的影響

硝苯地平用量對微球性質(zhì)的影響如表2所示。

表2 硝苯地平用量對微球性質(zhì)的影響

由表2可以看出，藥物用量加大后，體系黏度大幅增加，微球之間團(tuán)聚、粘連，導(dǎo)致微球粒徑變大。隨著分散劑的加入，聚合物相互作用力減弱，提高溶液的穩(wěn)定性，所以粒徑變小及藥物向連續(xù)相乳化的程度決定了藥物載量的多少。載藥量升高，包載效率反而降低，這是由于藥物濃度增加，使得擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力增加，最終導(dǎo)致溶劑揮發(fā)過程中有藥物的損失。由此看出，可以通過加快聚合物的固化速度來提高載藥量。

2.1.2 微球表面形態(tài)的影響

不同初始藥物含量的微球總體和局部的外觀形態(tài)如圖2所示。

(a) w(硝苯地平)=5%

(b) w(硝苯地平)=5%

(c) w(硝苯地平)=10%

(d) w(硝苯地平)=10%

(e) w(硝苯地平)=20%

(f) w(硝苯地平)=20%

(g) w(硝苯地平)=50%

(h) w(硝苯地平)=50%圖2 不同初始藥物含量的微球的總體和局部的外觀形態(tài)SEM圖

從圖2可以看出，藥物含量減少時(shí)，微球的表面光滑，且分散性較好，當(dāng)藥物含量有所提高時(shí)，微球出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，并且呈現(xiàn)片狀，導(dǎo)致了粒度變大。其原因是當(dāng)硝苯地平用量有所提高時(shí)，擴(kuò)散到水相中的藥物增加，隨著溶劑的揮發(fā)，硝苯地平沉淀下來。由此可見，PLA對硝苯地平的包載量有限，隨著藥物用量的增加，藥物向外表面遷移。導(dǎo)致玻璃化溫度轉(zhuǎn)變，重構(gòu)了微球的機(jī)械性質(zhì)，從而發(fā)生粘連。

2.2 聚合物和藥物的相容性

聚合物和藥物的相容性影響因素和相互關(guān)系如圖3所示。

圖3 聚合物和藥物的相容性影響因素和相互關(guān)系

聚合物與藥物的相容性關(guān)系直接影響到藥物在聚合物微球中的存在形態(tài)、藥物包載量以及藥物的釋放曲線。每一種聚合物都有其獨(dú)特的性質(zhì)與微球匹配。藥物與聚合物的相容性和分子之間的相互作用決定著整個(gè)聚合物藥物微球載體系統(tǒng)的有效性能。

圖3反映了聚合物藥物相容性的主導(dǎo)作用，包括藥物與聚合物之間的相互作用、藥物在聚合物中的分散性以及藥物存在的形態(tài)。而藥物與聚合物之間的相互作用和藥物的分散性表現(xiàn)在分子基團(tuán)特征值的變化上；藥物的分散性和藥物存在的形態(tài)又表現(xiàn)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上[5]。因此，可以通過對應(yīng)的表征評價(jià)藥物與聚合物的相容性，并且分析其有效性。

2.2.1 DSC分析

不同硝苯地平含量的PLA微球和PLGA50∶50微球的DSC曲線分別見圖4和圖5。

溫度/℃圖4 不同硝苯地平含量的PLA微球的DSC曲線

溫度/℃圖5 不同硝苯地平含量的PLGA50:50微球的DSC曲線

從圖4和圖5可以看出，PLA的玻璃化溫度約為43.9 ℃，PLGA50∶50的玻璃化溫度為45.2 ℃，在-50～200 ℃區(qū)間沒有出現(xiàn)熔融峰，因此是無定型聚合物。不同藥物初始含量的微球，沒有出現(xiàn)熔融峰，藥物以無定型狀態(tài)分散。對PLGA 50∶50，玻璃化溫度逐漸增加，說明粒子之間相互的影響較大。而硝苯地平對PLA影響微弱，兩者間作用力較弱，藥物與PLA相容性較低。但在室溫時(shí)，聚合物分子流動(dòng)性差，分子活動(dòng)受限，因此分散性較好。

同時(shí)，相容性影響藥物在聚合物中的分散狀態(tài)。藥物濃度過高，出現(xiàn)相分離現(xiàn)象和結(jié)晶趨勢，導(dǎo)致溶解速率降低，使藥物均勻穩(wěn)定地分散。

2.2.2 溶解度參數(shù)的影響

溶解度參數(shù)法可以很好地解釋物質(zhì)的相容性和相互作用。目前預(yù)測共混物的性質(zhì)、相互作用廣泛使用Flory-Hoggins交互參數(shù)[6]，如式(1)～式(3)所示。

(1)

(2)

(3)

式中：Fdi表示基團(tuán)的范德華力，N；Fpi為極性作用力，N；Fhi為氫鍵的作用力，N；δd、δp、δh為溶解度參數(shù)；V是體積，m3。公式中把分子分解成基團(tuán)，可以方便地計(jì)算出部分和全部的溶解度參數(shù)。表3是不同聚合物和藥物的溶解度參數(shù)。

表3 根據(jù)基團(tuán)貢獻(xiàn)法計(jì)算的藥物和不同聚合物的溶解度參數(shù)

從表3可以看出，溶解度參數(shù)值δp差別很大，因此聚合物間的極性差比較大；氫鍵作用微弱，表明范德華力是主要的相容因素。從表3還可以看出，與相容性相符的數(shù)據(jù)參數(shù)是δd，因此δd越接近，物質(zhì)越相容。羥基乙酸單體比例越大，聚合物與藥物之間的δd越接近，它們相容性越好。

綜上所述，不易溶于水的藥品口服效果能利用藥品擴(kuò)散的過程而得到提升，并且實(shí)現(xiàn)對擴(kuò)散的調(diào)節(jié)。但藥物載體可以提高藥物在微球內(nèi)部的溶解度，高分子的抗增塑機(jī)制可以防止藥品固化析出的進(jìn)行。完美狀態(tài)中，藥品自微觀狀態(tài)融入高分子內(nèi)部，構(gòu)成“固態(tài)液體”。所以，選用適當(dāng)?shù)母叻肿涌梢源龠M(jìn)藥品在其內(nèi)部溶解達(dá)到平衡、穩(wěn)固。藥品與高分子是否相適應(yīng)決定于藥品的溶解、包載速度、分散機(jī)制等因素。以適應(yīng)度的探究為基礎(chǔ)，綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及大量溶解度參數(shù)值的分析，就能夠指導(dǎo)藥物載體的研發(fā)及應(yīng)用。

3 結(jié) 論

本文主要研究了微球制備的過程、聚合物用量、藥物含量、分散劑和藥物相容性等對微球性能的影響。

(1) 隨著PLA用量的不斷加大，微球粒徑逐漸增大。由此看出，PLA的用量不宜過大，控制PLA的用量，可以得到較小的粒徑和較穩(wěn)定的分散體系。對于載藥量，可以通過加快聚合物的固化速度來提高。

(2) 微球表面形態(tài)受藥物含量影響較大，藥物含量減少時(shí)，微球的表面光滑，且分散性較好；當(dāng)藥物含量有所提升時(shí)，重構(gòu)了微球的機(jī)械性質(zhì)，從而發(fā)生粘連。因此藥物的投放量不宜過大。

(3) 利用DSC對藥物的相容性進(jìn)行了表征，并分析了相容性對藥物微球性質(zhì)的影響，可以發(fā)現(xiàn)溶解度參數(shù)對相容性的影響更為顯著。藥物與聚合物之間的相容性，是影響藥物微球性質(zhì)的關(guān)鍵因素，以此為指導(dǎo)，可以針對性地設(shè)計(jì)合理的藥物與聚合物的結(jié)合材料。藥物和聚合物的相容性是影響微球載體性質(zhì)的本質(zhì)原因之一?；谙嗳菪砸?guī)則可用于選擇和設(shè)計(jì)適宜的藥物載體的聚合物材料。

參 考 文 獻(xiàn)：

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