多索茶堿脈沖微丸的制備及釋藥機(jī)制研究

王文喜，朱　淼，高　捷，沃聯(lián)群

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.浙江醫(yī)藥高等專科學(xué)校 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，浙江 寧波 315100)

多索茶堿脈沖微丸的制備及釋藥機(jī)制研究

王文喜1，朱淼1，高捷2，沃聯(lián)群2

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心，浙江 寧波 315100)

摘要：采用擠出滾圓法，制備載藥丸芯，運(yùn)用流化床包衣技術(shù)，制備多索茶堿脈沖微丸，然后通過測(cè)量微丸的吸水增重及控釋膜的刺穿強(qiáng)度來考察脈沖釋藥的機(jī)理.結(jié)果表明：所得脈沖微丸體外釋藥性能良好，有4 h左右的時(shí)滯，且時(shí)滯后能快速完全釋放藥物.所得微丸的藥物釋放行為與溶脹材料的吸水速率及控釋膜的刺穿強(qiáng)度密切相關(guān)，其機(jī)制為溶脹材料吸水產(chǎn)生的溶脹力超過外膜的刺穿強(qiáng)度使膜破裂而脈沖釋藥.

關(guān)鍵詞：多索茶堿；脈沖微丸；釋藥機(jī)制

多索茶堿是一種新型甲基黃嘌呤的衍生物，可直接作用于支氣管，松弛支氣管平滑肌，從而達(dá)到抑制哮喘的作用.臨床應(yīng)用證明多索茶堿具有半衰期長(zhǎng)、平喘作用強(qiáng)和耐受性好等特點(diǎn)[1]，目前已有片劑、膠囊劑、溶液劑和注射劑等產(chǎn)品上市.但由于哮喘病的發(fā)作節(jié)律性，將其制備成脈沖控釋微丸，供睡前服用，經(jīng)適當(dāng)時(shí)滯后脈沖釋放藥物，可有效預(yù)防凌晨時(shí)的哮喘發(fā)作，又能減少服藥次數(shù)，降低藥物的副作用，提高患者順應(yīng)性.本研究采用擠出滾圓法制備含藥丸芯，采用多層包衣技術(shù)制得脈沖釋藥微丸，通過測(cè)定微丸的吸水增重和游離膜的刺穿強(qiáng)度對(duì)其釋藥機(jī)理進(jìn)行初步研究，為溶脹型脈沖釋藥微丸的處方設(shè)計(jì)和釋藥機(jī)理研究提供理論依據(jù).

1儀器與材料

1.1儀器

Mini DPL 0.2多功能制粒/包衣機(jī)(重慶精工制藥機(jī)械有限責(zé)任公司)；Mini-250低溫?cái)D出滾圓機(jī)(深圳信宜特)；ZRS-8G型智能溶出儀(天大天發(fā)科技有限責(zé)任公司)；FA2004B型電子天平(上海佑科儀器儀表有限公司)； Helios γ紫外可見分光光度計(jì)(美國(guó)熱電公司)；FT-2000型脆碎度儀(天津大學(xué)精密儀器廠)；KQ-218型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)等.

1.2材料

多索茶堿(批號(hào)ZQ20140712，純度99%，湖北只啟生物化工有限公司)；微晶纖維素(MCC)、羧甲基淀粉鈉(CMS-Na)、交聯(lián)羧甲基纖維素鈉(CC-Na)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)均由安徽山河藥用輔料股份有限公司惠贈(zèng)；乙基纖維素(Ethocel Standard 10 Premium，卡樂康公司)，檸檬酸三乙酯(TEC, 北京精求化工有限責(zé)任公司)，其他試劑皆為分析純.

2方法與結(jié)果

2.1載藥丸芯的制備

采用擠出滾圓法[2]制備載藥丸芯.稱取一定量的藥物和輔料，混合均勻，滴加適量純化水作為潤(rùn)濕劑制成軟材，經(jīng)擠出滾圓機(jī)制成微丸，擠出轉(zhuǎn)速為25～30 r/min，滾圓轉(zhuǎn)速為1 200～1 400 r/min，滾圓時(shí)間4 min，制得微丸，于40 ℃干燥12 h，即得載藥丸芯.

以所得丸芯的圓整度和脆碎度為指標(biāo)[3]，單因素考察確定丸芯的最終處方為m(多索茶堿)∶m(微晶纖維素)∶m(羧甲基淀粉鈉)∶m(乳糖)=70∶20∶5∶5，以純化水作為潤(rùn)濕劑，用量約為物料總重的60%.按照上述處方制備的丸芯大小均一，長(zhǎng)短粒徑比在1.2左右，脆碎度為0.25%，且10 min的溶出度超過80%，表明制得丸芯質(zhì)量較好.

2.2包衣微丸的制備工藝

采用流化床包衣法分別包溶脹層和控釋層.最終確定的溶脹層包衣液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的交聯(lián)羧甲基纖維素鈉(CC-Na)水溶液，內(nèi)含2%羥丙基甲基纖維素(HPMC E5)作為粘合劑；控釋層的包衣液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)4% EC 95%乙醇溶液，內(nèi)含1% HPMC E5作致孔劑，加入20%的檸檬酸三乙酯(TEC)，10%的滑石粉，磁力攪拌均勻制得.溶脹層包衣的參數(shù)為：風(fēng)機(jī)頻率25 Hz，霧化壓力0.175 MPa，包衣液流速0.8 mL/min，物料溫度35 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度45 ℃.控釋層包衣的參數(shù)為：風(fēng)機(jī)頻率30 Hz，霧化壓力0.175 MPa，包衣液流速1.8 mL/min，物料溫度35 ℃，進(jìn)風(fēng)溫度45 ℃.

2.3體外釋放度測(cè)定

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

精密稱定20 mg多索茶堿標(biāo)準(zhǔn)品，置于100 mL容量瓶中，加純化水至刻度，制備成200 μg/mL的儲(chǔ)備液，分別移取0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mL置于50 mL容量瓶?jī)?nèi)，加純化水至刻度搖勻，以純化水做空白對(duì)照，在272 nm波長(zhǎng)處，測(cè)吸光度，以質(zhì)量濃度C對(duì)吸光度A作線性回歸，得回歸方程為A=0.058 7C+0.001 8,r=0.999 7，這表明在2～12 μg/mL范圍內(nèi)質(zhì)量濃度和吸光度間的線性關(guān)系良好.

2.3.2釋放度的測(cè)定

精密稱取微丸適量，照中國(guó)藥典2015年版二部附錄X C第二法裝置測(cè)定，以900 mL純化水為介質(zhì)，轉(zhuǎn)速75 r/min.在預(yù)定時(shí)間取樣5 mL(同時(shí)補(bǔ)充同溫等量純化水)，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾，取續(xù)濾液適當(dāng)稀釋，在272 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)的累積釋藥百分率(Q)，繪制其釋放曲線.

單因素考察溶脹層和控釋層的處方組成、包衣增重及包衣參數(shù)對(duì)藥物釋放行為的影響，最終確定包衣微丸的制備工藝.當(dāng)溶脹層的增重為16%，控釋層增重為14%時(shí)，可獲得釋藥性能良好的脈沖控釋微丸，其微丸體外釋放曲線如圖1所示.由圖1可知:所制得微丸有4 h左右的時(shí)滯，且在時(shí)滯后能夠快速地將藥物完全釋放.

圖1　脈沖微丸的釋藥曲線(n=6)Fig.1　The release curve of pulsatile pellets(n=6)

2.4微丸爆破考察

取微丸適量于溶出杯中，按釋放度條件操作，分別于每小時(shí)取出微丸，用數(shù)字顯微鏡觀察并記錄微丸的外觀變化[4]，結(jié)果見圖2.從圖2中可看出：微丸的外觀變化和圖1的體外釋藥曲線基本吻合.前4 h微丸的膜表面完整，沒有明顯的破裂，在這段時(shí)間內(nèi)藥物基本無釋放，而當(dāng)5 h時(shí)，微丸的控釋膜已經(jīng)破裂，藥物大量釋放出來，這說明藥物的脈沖釋放是由于微丸控釋膜的破裂.

圖2　溶出過程中微丸外觀變化Fig.2　Changes in appearance of the pellets during the dissolution process

2.5機(jī)理研究

研究的脈沖微丸是基于“溶脹爆破”，其主要影響因素是吸水的快慢，以及控釋膜的通透性和強(qiáng)度.因此，我們對(duì)微丸的吸水增重行為和控釋膜的性質(zhì)進(jìn)行研究，以證實(shí)其釋藥機(jī)理.

2.5.1吸水增重行為研究

吸水增重測(cè)定方法：精密稱取脈沖微丸適量(約20～30粒)采用小杯法，轉(zhuǎn)速75 r/min，溫度37 ℃，分別在0，1，2，3 h取出微丸，用吸水紙吸干水后，精密稱量，然后繪制吸水增重隨時(shí)間變化的曲線.影響吸水增重的因素有4種：溶脹材料的種類、致孔劑種類、致孔劑比例和溶脹層厚度.

1) 溶脹材料的種類

取溶脹層厚度36%微丸，控制控釋層增重14%，考察溶脹層種類對(duì)吸水增重的影響.吸水增重隨時(shí)間的變化關(guān)系，結(jié)果見圖3(a).由圖3(a)可知：三種溶脹材料的吸水速率和總量：CC-Na>CMS-Na>L-HPC，此結(jié)果也反映了溶脹材料的水合能力與體外釋放考察結(jié)果相吻合.

2) 致孔劑種類

制備脈沖控釋微丸，控制溶脹層增重36%，控釋層增重14%，改變控釋層中致孔劑的種類，分別用HPMC E5，K4M，K100M作為致孔劑，考察不同致孔劑的微丸吸水增重隨時(shí)間的變化關(guān)系，結(jié)果見圖3(b).由圖3(b)可知：隨著致孔劑分子量的增加，微丸的吸水增重速率降低.

3) 致孔劑比例

制備溶脹層增重36%，控釋層增重14%的雙層包衣脈沖控釋微丸，改變致孔劑和EC的比例考察吸水增重隨時(shí)間的變化關(guān)系，結(jié)果見圖3(c).由圖3(c)可知：隨著致孔劑HPMC E5比例的增加，微丸的吸水速率和總量都有增加，其與體外釋放時(shí)滯較短，釋放較快相吻合.

4) 溶脹層厚度

取溶脹層厚度0%，6%，16%，36%的微丸，控制控釋層增重14%，考察溶脹層厚度對(duì)吸水增重的影響，結(jié)果見圖3(d).由圖3(d)可知：微丸的吸水速率和總量隨著溶脹層厚度增加而增加.

圖3　不同處方微丸的吸水增重Fig.3　The water uptake of different controlled release pellets

2.5.2控釋膜的性質(zhì)研究

1) 游離膜制備

制備游離膜的方法主要有以下幾種：平板鑄膜法、噴霧法、減溫相分離法和溶劑相分離法等.雖然噴霧法更接近包衣膜，但是鑄膜法的厚度易于控制，且均勻性好，重現(xiàn)性好，因此本研究選用常用的鑄膜法制備游離膜[5].

將膜材溶液定量置于水平光滑的塑料平板上，使溶液均勻的覆蓋在整個(gè)表面，在40 ℃烘箱內(nèi)干燥24 h，取出，小心剝離，密閉保存?zhèn)溆肹6].

濕膜的制備：將制得的游離膜，置于37 ℃的純化水中浸泡4 h，然后取出，用濾紙吸干表面的水分后，作為濕膜，備用.

2) 膜刺穿試驗(yàn)

將制備好的游離膜，剪成方型(40 mm×40 mm)，置于自制裝置上(圖4)，然后安裝好自制裝置，在上面承重區(qū)用蠕動(dòng)泵緩慢的滴加純化水，記錄膜斷裂時(shí)的最大刺穿強(qiáng)度[7-8].

圖4　刺穿強(qiáng)度測(cè)試自制裝置圖Fig.4　The device for measuring the intensity of the puncture

采用干膜和浸水4 h后濕膜測(cè)得的刺穿強(qiáng)度結(jié)果見圖5，從圖5中可看出：浸水后，膜的刺穿強(qiáng)度會(huì)顯著降低，但變化趨勢(shì)一樣.考慮到實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)單易行性，最終決定用干膜來考察膜處方組成對(duì)刺穿強(qiáng)度的影響.

圖5　干膜與濕膜的刺穿強(qiáng)度對(duì)比Fig.5　Comparison between the dry film and the wet film

3 ) 影響控釋膜的機(jī)械強(qiáng)度的因素

通過改變膜材溶液處方中致孔劑的種類(HPMC E5，K4M，K100M)，增塑劑(TEC)和滑石粉的有無，考察其對(duì)游離膜機(jī)械強(qiáng)度的影響，控制膜材溶液的加入量，制備厚度為0.2～0.44 mm的游離膜，按刺穿試驗(yàn)方法測(cè)定其刺穿強(qiáng)度.分別根據(jù)各處方游離膜的不同厚度和刺穿強(qiáng)度作線性分析，考察膜刺穿強(qiáng)度的影響因素.結(jié)果見圖6.

從圖6中可看出：隨著膜厚度的增加，膜的刺穿強(qiáng)度會(huì)增加，因此爆破時(shí)間延長(zhǎng)，這與體外釋放結(jié)果一致.圖6(a)中，在低厚度下，隨著膜內(nèi)致孔劑分子量的增加，膜的刺穿強(qiáng)度會(huì)降低，但是變化不大；圖6(b)中，隨著膜材中加入增塑劑，膜的刺穿強(qiáng)度變??；圖6(c)中，加入滑石粉可以降低膜的刺穿強(qiáng)度.

圖6　不同處方膜的刺穿強(qiáng)度考察Fig.6　The strength of the film in different prescription

3討論與分析

3.1機(jī)理選擇

脈沖給藥系統(tǒng)根據(jù)機(jī)理分類，主要有溶脹型，侵蝕型[9].侵蝕型的給藥系統(tǒng)是在特定的環(huán)境下，才會(huì)溶解或被侵蝕，因此其受體內(nèi)環(huán)境影響較大，存在個(gè)體差異大等弊端.而溶脹型的微丸主要受吸水增重、膜的滲透性和機(jī)械強(qiáng)度等因素影響[10-11]，對(duì)體內(nèi)的環(huán)境要求不高.因此，本研究制備溶脹型的脈沖微丸，通過載藥丸芯包上溶脹層和控釋層達(dá)到脈沖的目的.通過體外釋放和溶出過程中微丸的外觀變化，可以確定微丸的爆破過程：水從致孔劑孔道滲透過控釋層，溶脹層材料水合，產(chǎn)生溶脹力，直至脹破控釋膜，藥物隨之快速完全地釋放出來.

3.2溶脹層水合能力

吸水增重實(shí)驗(yàn)表明：隨著溶脹層厚度增加，微丸的吸水總量和速率都有一定的提升，因此，隨著微丸溶脹層厚度的增加，時(shí)滯隨之變短，體外釋放結(jié)果中，溶脹層在過厚的情況下時(shí)滯會(huì)反而變長(zhǎng)，這是因?yàn)樵谙嗤蒯寣釉鲋叵拢⑼璧陌潞穸茸兇笏?在考察溶脹層材料種類時(shí)，體外的釋放結(jié)果與吸水增重相一致，CC-Na材料時(shí)滯更短，釋藥更快，這是因?yàn)镃C-Na吸水速率和總量較CMS-Na和L-HPC都高，因此可以產(chǎn)生更大的溶脹力，更早更快地脹破外膜[12-13].

3.3控釋層通透性和刺穿強(qiáng)度

脈沖微丸的釋放時(shí)滯，隨著控釋層厚度的增加而變長(zhǎng)，因?yàn)榭蒯寣雍穸仍黾?，增大了外膜的刺穿?qiáng)度，同時(shí)降低了吸水速率，因此時(shí)滯變長(zhǎng)，藥物釋放變慢.體外釋放結(jié)果顯示，隨著HPMC分子量的增加，藥物的釋放時(shí)滯變短，釋放變快；隨著HPMC分子量的增加，膜的刺穿強(qiáng)度隨之變小，但是吸水量降低，這可能是刺穿強(qiáng)度的作用較吸水增重更明顯所致；隨著控釋層處方中HPMC用量的增加藥物釋放變快，這是由于加入更多的水溶性材料HPMC會(huì)降低膜的刺穿強(qiáng)度同時(shí)加快了微丸的吸水速率.刺穿實(shí)驗(yàn)顯示，無TEC的膜刺穿強(qiáng)度更大，這是因?yàn)楦赡oTEC，硬度較大，刺穿強(qiáng)度變大.但在處方中加入增塑劑TEC可以延長(zhǎng)時(shí)滯，這是因?yàn)樵黾覶EC可以提高塑性，吸水后，可以提高濕膜的抗張強(qiáng)度和拉伸率.因此，隨著TEC的增加，雖然膜的刺穿強(qiáng)度降低，但是時(shí)滯依然不會(huì)變短.刺穿實(shí)驗(yàn)顯示在游離膜中加入滑石粉和干膜浸水后都會(huì)降低膜的刺穿強(qiáng)度這是因?yàn)榛蹠?huì)增加膜的脆性，降低拉伸率，浸水后，膜的致孔劑會(huì)溶解擴(kuò)散形成空洞，因此也會(huì)降低膜的機(jī)械強(qiáng)度[4,10-11].

4結(jié)論

通過單因素考察所得的雙層包衣微丸，脈沖釋藥性能良好，有明顯的時(shí)滯，且在時(shí)滯后快速地將藥物釋放完全.吸水增重隨著溶脹層材料的用量增加而增加，致孔劑用量增加不僅可以增加吸水速率和總量，也可以降低控釋膜的刺穿強(qiáng)度，加入增塑劑TEC可以增加控釋膜的刺穿強(qiáng)度，加入滑石粉會(huì)增加膜的脆性，從而降低其刺穿強(qiáng)度.增加吸水速率和總量，降低控釋膜的刺穿強(qiáng)度，都可以更快速的脹破外膜，從而減少時(shí)滯，因此可以通過調(diào)節(jié)溶脹材料的種類用量，致孔劑、增塑劑及控釋膜的厚度調(diào)節(jié)釋放，達(dá)到理想的脈沖效果.通過以上分析得出該脈沖溶脹微丸的釋藥機(jī)制是：當(dāng)微丸接觸到胃腸道的液體，水分通過水溶性的孔道滲透過控釋層，高溶脹性能的溶脹材料水合溶脹，當(dāng)溶脹力超過外膜的刺穿強(qiáng)度，外膜破碎，藥物釋放出來.

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(責(zé)任編輯：劉巖)

Preparation and drug release mechanism of doxofylline pulsatile pellets

WANG Wenxi1, ZHU Miao1, GAO Jie2, WO Lianqun2

(1.College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014, China;2.Experimental and Training Center, Zhejiang Pharmaceutical College, Ningbo 315100, China )

Abstract:The doxofylline-loaded pellets cores were prepared by extrusion-spheronization and coated with EC by fluid bed coating equipment. The drug release mechanism was studied by determining the water uptake of pellets and the puncture intensity of EC film. The results showed that the pellets could release doxofylline completely after about 4h of lag time in vitro. The drug release behavior was closely related to the water uptake rate and the puncture intensity of EC film. The pulsatile release resulted from the break of controlled release membrane when the swelling force produced by hydration of swelling material exceeded the puncture strength of the outer membrane.

Keywords:doxofylline; pulsatile pellets; drug release mechanism

收稿日期：2015-11-20

基金項(xiàng)目：寧波市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013C50059)

作者簡(jiǎn)介：王文喜(1977—)，男，浙江蒼南人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事藥物新劑型與新技術(shù)研究， E-mail：yjw@zjut.edu.cn.

中圖分類號(hào)：R944

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-4303(2016)03-0346-05