鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的制備

謝英花 劉朝霞 張梅梅 張冬梅

摘 要：為減輕鹽酸二甲雙胍對胃的刺激，實(shí)現(xiàn)其在腸道內(nèi)的釋放，以鹽酸二甲雙胍為主藥，殼聚糖、海藻酸鈉為復(fù)合載體，篩選鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的最佳處方及制備工藝，并對其pH敏感性及體外釋藥特性進(jìn)行了考察。通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化處方工藝，利用掃描電鏡進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，紫外分光光度法測定載藥量及包封率，轉(zhuǎn)籃法研究釋放度。結(jié)果表明，鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的優(yōu)選處方如下：殼聚糖與海藻酸鈉的總濃度為2%（質(zhì)量體積比），海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比為1∶1，藥物與海藻酸鈉的質(zhì)量比為2∶5，氯化鈣的交聯(lián)濃度為3.5%（質(zhì)量體積比）;鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球在人工胃液中6 h累積釋放度小于4%，在人工腸液中6 h累積釋放度最大可達(dá)96.4%。所制備的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球處方工藝穩(wěn)定可靠，水凝膠微球機(jī)械強(qiáng)度高，生物降解性和穩(wěn)定性好，是一種新型結(jié)構(gòu)的鹽酸二甲雙胍給藥系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：藥劑學(xué);鹽酸二甲雙胍;海藻酸鈉/殼聚糖;pH敏感性;水凝膠;微球

中圖分類號：O175.8;R944?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-1542（2021）01-0060-07

鹽酸二甲雙胍為雙胍類口服降糖藥，多年來一直是肥胖及2型糖尿病患者的首選用藥[1]，但鹽酸二甲雙胍的生物半衰期較短（2～3 h），一般需要大劑量使用或頻繁給藥（2～3次/d），因而易產(chǎn)生一定程度的不良反應(yīng)，常見為胃腸道不良反應(yīng)（如惡心、嘔吐、食欲減退等）[2-3]。研究表明，口服鹽酸二甲雙胍在胃中吸收較少，主要在小腸的中上部吸收（即十二指腸和空腸，結(jié)腸段吸收較少）[4]。為減輕鹽酸二甲雙胍對胃的刺激，實(shí)現(xiàn)其在腸道內(nèi)釋放，本實(shí)驗(yàn)以鹽酸二甲雙胍為主藥，殼聚糖、海藻酸鈉為復(fù)合載體，制備鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球，并對其pH 敏感性及體外釋藥特性等進(jìn)行考察，以期獲得一種新型結(jié)構(gòu)的鹽酸二甲雙胍給藥系統(tǒng)。

1?實(shí)驗(yàn)材料

1.1?儀器

DF-1010S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司提供;101-2A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司提供;ZRS-8G智能溶出測試儀，天津市鑫洲科技有限公司提供;Genesys 10s UV-VIS紫外可見分光光度計(jì)，賽默飛世爾科技公司提供;AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司提供;KQ5200B型超聲波清洗器，江蘇昆山市超聲儀器有限公司提供;LGJ-10冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠提供;燒杯，玻璃棒，表面皿，濾膜，濾器，注射器等。

1.2?試劑

海藻酸鈉，天津市博迪化工有限公司提供;鹽酸二甲雙胍，山東科源制藥有限公司提供;無水氯化鈣，天津市永大化學(xué)試劑有限公司提供;冰乙酸，天津市永大化學(xué)試劑有限公司提供;殼聚糖，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供，脫乙酰度≥90.0%;磷酸二氫鉀，天津市永大化學(xué)試劑有限公司提供;氫氧化鈉，天津市大陸化學(xué)試劑廠提供;鹽酸，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供;實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

2?方法與結(jié)果

2.1?鹽酸二甲雙胍分析方法的建立

按紫外分光光度法，在200～400 nm范圍內(nèi)掃描。發(fā)現(xiàn)鹽酸二甲雙胍在233 nm處有最大吸收，所用輔料在此無吸收，故選擇233 nm作為測定波長。鹽酸二甲雙胍在2.0～15.0 μg/mL范圍內(nèi)，吸光度（Y）與藥物濃度（X）線性關(guān)系良好，回歸方程為Y=0.074X+0.001 7，R2=0.999 9（n=6），精密度RSD值為0.28%（n=5），回收率RSD值為0.56%（n=6），穩(wěn)定性試驗(yàn)RSD值為0.37%（n=6）。結(jié)果表明，該分析方法快速、準(zhǔn)確、靈敏度高、重復(fù)性好。

2.2?單因素試驗(yàn)

2.2.1?制備工藝

混合液Ⅰ：精密稱量適量海藻酸鈉，放入燒杯中加入蒸餾水，在恒溫磁力攪拌下至全溶，然后加入鹽酸二甲雙胍，繼續(xù)攪拌至全溶。

混合液Ⅱ：將1 mL乙酸溶于50 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，配制成體積分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液。將適量殼聚糖加入配好的乙酸溶液中，恒溫磁力攪拌下至全溶。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行了3種制備工藝的篩選。

工藝1?將適量體積的溶液Ⅰ和Ⅱ混合，恒溫磁力攪拌30 min，得到混合液Ⅲ。將適量氯化鈣溶于200 mL蒸餾水中，全溶后，將混合液Ⅲ用注射器滴入氯化鈣水溶液中，滴完攪拌10 min，靜置30 min，過濾，水洗，干燥。

工藝2?在混合液Ⅱ中加入適量氯化鈣，得到混合液Ⅲ，在攪拌條件下，將混合液Ⅰ緩慢滴加到混合液Ⅲ中，滴加完畢后，攪拌10 min，過濾，水洗，干燥。

工藝3?在攪拌條件下，將混合液Ⅰ緩慢滴加到混合液Ⅱ中，混合均勻后，加熱30 min，加入適量氯化鈣，快速攪勻，密封，靜置。

觀察所得產(chǎn)品外觀發(fā)現(xiàn)：工藝1可得到外形較好的凝膠球，外觀形態(tài)見圖1;工藝2和工藝3得到的產(chǎn)品幾乎不分層，不易分離得到水凝膠，因此按工藝1進(jìn)行鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的制備。

2.2.2?干燥方法

鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球經(jīng)室溫或烘箱干燥后為微黃色水凝膠顆粒，結(jié)構(gòu)較緊密，硬度較大，形狀不規(guī)則。而經(jīng)真空冷凍干燥后，水凝膠球呈白色，結(jié)構(gòu)較疏松，基本保持球形，未發(fā)生明顯的皺縮。由于冷凍干燥制品的體積基本不變，極易溶于水而恢復(fù)原狀，可在最大程度上防止干燥物質(zhì)理化和生物學(xué)方面的變性，故選用真空冷凍干燥方法進(jìn)行鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的制備。

2.2.3?殼聚糖與海藻酸鈉的總濃度（質(zhì)量體積比，下同）

以殼聚糖與海藻酸鈉的總濃度為變量，其他因素不變，按照優(yōu)選工藝1制備鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球。結(jié)果顯示：殼聚糖與海藻酸鈉的總濃度為1%時，所得水凝膠較稀，滴加呈無定形態(tài);2%時，可得凝膠微球，外形較圓整;3%時，可得成形性較好的凝膠微球，且彈性增加;4%時，殼聚糖溶解時間延長，所得水凝膠黏稠度增加，凝膠球較好;5%時，所得到的殼聚糖溶液含有未溶解的小塊，得到的混合溶液黏稠度太大，無法滴加形成凝膠微球。綜上所述，確定海藻酸鈉與殼聚糖的總濃度考察范圍為2%～4%。

2.2.4?海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比

以海藻酸鈉和殼聚糖的質(zhì)量比為變量，其他因素不變，按照優(yōu)選工藝1制備鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球。結(jié)果顯示：海藻酸鈉和殼聚糖的質(zhì)量比為1∶3時，所得凝膠微球顏色發(fā)白，形狀不規(guī)則，成形性較差;質(zhì)量比為1∶2時，所得凝膠微球成形性仍較差，大小不均一;質(zhì)量比為1∶1時，可得到完整的凝膠微球，外形較圓整;質(zhì)量比為2∶1時，得到的凝膠微球成形性較好，彈性較1∶1時增強(qiáng);質(zhì)量比為3∶1時，得到的混懸液黏稠度降低，凝膠微球的顏色偏淡黃色，基本符合要求;質(zhì)量比為4∶1時，得到的混懸液黏稠度降低，較難得到凝膠微球。綜上所述，確定海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比考察范圍為1∶1～3∶1。

2.2.5?氯化鈣濃度（質(zhì)量體積比，下同）

以氯化鈣濃度（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.5%，4.0%，4.5%）為變量，其他因素不變，按照優(yōu)選工藝1制備鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球。結(jié)果顯示，氯化鈣濃度范圍為1.5%～3.5%時，所得凝膠微球的成形性及彈性較好。

2.3?正交試驗(yàn)

2.3.1?因素與水平

以殼聚糖與海藻酸鈉總濃度（A）、海藻酸鈉與殼聚糖質(zhì)量比（B）、藥物與海藻酸鈉質(zhì)量比（C）、氯化鈣濃度（D）為考察因素，各因素水平設(shè)計(jì)見表1，依照L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，以藥物包封率、載藥量及pH敏感性為評價指標(biāo)，對處方進(jìn)行優(yōu)選，確定最佳參數(shù)。載藥量=（m凝膠中包封藥物/m干燥水凝膠）×100%，包封率=（m凝膠中包封藥物/m處方藥物）×100%，pH敏感性=（C3 h腸液中藥物-C3 h胃液中藥物）/C8 h腸液中藥物×100%，綜合評分=包封率×0.35 +載藥量×0.35+ pH敏感性×0.30。

2.3.2?正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

由表2可知，各因素的影響順序?yàn)锽>A>D>C，最佳處方為A1B1C1D3，即殼聚糖與海藻酸鈉的總濃度為2%，海藻酸鈉與殼聚糖的質(zhì)量比為1∶1，藥物與海藻酸鈉的質(zhì)量比為2∶5，氯化鈣的交聯(lián)濃度為3.5%。由表3可知，4種因素對載藥量、包封率及pH敏感性均無顯著性影響。按優(yōu)選的處方制備3批樣品，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

2.4?鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的性能研究

2.4.1?電鏡掃描

將制備的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球先預(yù)凍2 h，然后放入真空干燥機(jī)中，干燥24 h，得到疏松白色干燥的水凝膠顆粒，在掃描電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球形態(tài)較好，凝膠球表面不平整，有皺褶，部分有凹陷，電鏡照片如圖2所示。

2.4.2?溶脹性能觀察

稱取一定量的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球，分別置于人工胃液（pH值為1.5）和人工腸液（pH值為6.8）中，隔一定時間取出（用濾紙吸干凝膠微球表面的水分）稱重，計(jì)算其溶脹度（SR），SR=（m-m0）/m0×100，其中m為溶脹后水凝膠微球質(zhì)量（g），m0為溶脹前水凝膠微球質(zhì)量（g）。結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，所制得的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球在人工胃液中的溶脹度在204%～251%范圍內(nèi)，而在人工腸液中，隨著溶脹時間的延長，溶脹度明顯增大，在4 h時可達(dá)3 389%，說明所制得的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球具有良好的pH敏感性。

2.4.3?不同pH環(huán)境下體外藥物溶出研究

參照《中華人民共和國藥典》2015年版中溶出度與釋放度測定法進(jìn)行鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的體外釋放度試驗(yàn)，分別以pH值1.5，2.5，4.5，6.8，7.4和8.0的磷酸鹽緩沖溶液為溶出介質(zhì)，精密稱取一定量鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球，置于溶出介質(zhì)中，每隔一定時間取樣，測定累積釋放度，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球在不同pH磷酸鹽緩沖溶液中的累積釋放度差異明顯，在酸性條件下6 h累積釋放度小于20%，而在堿性條件下6 h累積釋放度均大于80%，其中在pH值為6.8的磷酸緩沖溶液中6 h累積釋放度最大可達(dá)97.3%。這說明所制得的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球具有良好的pH敏感性。

2.4.4?藥物在模擬胃腸環(huán)境中的連續(xù)釋放研究

精密稱取一定量的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球和鹽酸二甲雙胍腸溶片，首先置于模擬人工胃液（pH值為1.5）中4 h，然后轉(zhuǎn)移至模擬人工腸液（pH值為6.8）中8 h，定時取樣測定其釋放情況。結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，鹽酸二甲雙胍腸溶片和鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球在人工胃液中4 h的平均累積釋放度小于4%，轉(zhuǎn)移到人工腸液中，鹽酸二甲雙胍腸溶片1 h即達(dá)到98%的最高累積釋放值，鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球6 h達(dá)到96.4%的最高累積釋放值。因此，本實(shí)驗(yàn)制備的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球具有明顯的pH敏感性，釋放曲線平緩，可以作為pH敏感性腸道釋藥系統(tǒng)，持續(xù)、穩(wěn)定釋放藥物。

3?討論與結(jié)論

1）pH敏感性水凝膠是指可隨外界pH值變化改變其溶脹或消溶脹作用的凝膠[5-6]，能根據(jù)人體胃腸道pH值遞增的特點(diǎn)收縮或溶脹，控制藥物在體內(nèi)的釋放[7-8]。水凝膠微球機(jī)械強(qiáng)度高，生物降解性、穩(wěn)定性好，是很有前途的緩控釋給藥載體。

2）本實(shí)驗(yàn)以殼聚糖、海藻酸鈉為載體，制備了鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球。海藻酸鈉為天然存在的多糖，具有生物相容性和生物降解性特點(diǎn)[9]，并對pH值等條件敏感，作為藥物載體廣泛應(yīng)用于藥學(xué)、食品、生物技術(shù)等領(lǐng)域[10-11]。在溶液狀態(tài)下，海藻酸鈉能與金屬離子如Ca2+等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金屬離子將Na+置換出來，并將海藻酸鈉的長分子鏈維系在一起形成凝膠。海藻酸鈉液滴與氯化鈣形成海藻酸鈣凝膠微球的過程是溶膠-凝膠相轉(zhuǎn)移過程。但單一的海藻酸鈣凝膠機(jī)械性能差、易降解，遇水會大量溶脹，導(dǎo)致不可控制和藥物活性成分的釋放。為了增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，更好地控制藥物釋放，可引入殼聚糖對海藻酸鈣凝膠進(jìn)行處理。海藻酸鹽的分子鏈上有大量羧基，是陰離子聚合物，與陽離子聚合物結(jié)合時會發(fā)生復(fù)合凝聚，形成復(fù)合凝膠[12]。而直鏈聚陽離子多糖殼聚糖無毒，生物相容性好，易生物降解，具有良好的成膜性，其側(cè)鏈結(jié)構(gòu)中含有大量的伯氨基[13-18]。因此，海藻酸鈉可以與殼聚糖通過靜電相互作用形成復(fù)合凝膠。該凝膠在人工胃液中處于收縮狀態(tài)，負(fù)載的藥物釋放速度慢，釋放量較少，但在人工腸液中吸水溶脹，藥物釋放速度較快，釋放較完全，可實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放[19-22]。

3）本實(shí)驗(yàn)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以包封率、載藥量及pH敏感性的綜合評分為指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)篩選出了鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的最佳處方，按照最佳處方制備的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球的載藥量、包封率及pH敏感性較高，處方與工藝重復(fù)性良好。體外釋放度試驗(yàn)顯示，制備的鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球在人工胃液中4 h的平均累積釋放度小于4%，服用后可有效減少藥物在胃部的釋放;轉(zhuǎn)移到人工腸液中，鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球6 h平均累積釋放度達(dá)到96.4%，表明藥物轉(zhuǎn)運(yùn)至腸道堿性環(huán)境后可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定釋放。

4）本實(shí)驗(yàn)根據(jù)鹽酸二甲雙胍的特點(diǎn)制備了pH敏感性水凝膠微球，使鹽酸二甲雙胍在胃中不釋放，進(jìn)入小腸后緩慢釋放，減輕了藥物對胃的刺激，提高了藥物療效，降低了不良反應(yīng)，具有重要的臨床意義。然而，本研究尚未對鹽酸二甲雙胍pH敏感性水凝膠微球經(jīng)口服后在體內(nèi)的釋放規(guī)律進(jìn)行探索，有待今后加以深入研究。

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