魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球釋藥研究

李培培，李小芳，李平， 向志蕓，周維，羅開沛

?

魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球釋藥研究

李培培，李小芳，李平， 向志蕓，周維，羅開沛

［摘要］目的：考察不同制備條件對魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球釋藥的影響，并對其釋藥機(jī)制進(jìn)行初步研究。方法：采用滴制法制備凝膠微球，建立體外分析方法，考察多糖濃度、復(fù)配比例、加藥量對微球釋放的影響，繪制釋藥曲線，并對其進(jìn)行釋藥方程擬合，分析釋藥機(jī)理。結(jié)果：微球的釋藥速率隨著多糖總濃度、海藻酸鈉比例的增大而增加，加藥量較小時，釋藥速率較快，完全釋放所需時間較短。釋藥曲線與一級動力學(xué)方程擬合度最高。結(jié)論：采用滴制法制備凝膠微球，方法簡便易操作，2 h內(nèi)可基本釋放完全，釋放機(jī)制可用一級動力學(xué)方程進(jìn)行評價。

［關(guān)鍵詞］魔芋葡甘聚糖- 海藻酸鈉；凝膠微球；體外釋藥

［作者單位］成 都中醫(yī)藥大學(xué) 中藥材標(biāo)準(zhǔn)化教育部重點實驗室 中藥資源系統(tǒng)研究與開發(fā)利用省部共建國家重點實驗室培育基地，四川 成都 611137

Tel:18384258292 Email:2690506425@ qq.com

Tel:13808195110 Email: lixiaofang918@163. com

多糖類高分子化合物作為制劑輔料應(yīng)用范圍廣泛，其中天然多糖類高分子化合物尤為受關(guān)注，由于多糖類化合物遇水會形成水凝膠，能減緩或控制藥物分子的釋放，并且某些多糖有pH敏感性或可被結(jié)腸菌酶降解的特點而成為結(jié)腸靶向定位釋藥系統(tǒng)的優(yōu)選載體。

魔芋葡甘聚糖（konjoc glucomannan，簡稱KGM）是天南星科植物魔芋塊莖中的多糖成分，又名魔芋膠。研究表明［1］，魔芋膠不會被胃腸道上端的消化道酶降解，但可在結(jié)腸被結(jié)腸部位的β-甘露聚糖酶所降解，還具有良好的凝膠性、吸水溶脹性及生物相容性［2］，并且有利于通便和預(yù)防直腸癌和結(jié)腸癌［3］，因此常作為結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)輔料應(yīng)用。海藻酸鈉（sodium alginate，簡稱SA）是從褐藻類海帶或馬尾藻中提取的天然多糖碳水化合物，能與多價金屬離子發(fā)生反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)狀“蛋箱”結(jié)構(gòu)的凝膠［4］。此凝膠具有在弱堿性環(huán)境中溶脹，而在酸性環(huán)境中幾乎不溶脹的性質(zhì)，因此也常作為結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)的載體材料應(yīng)用于藥物科學(xué)領(lǐng)域。

本文將天然高分子化合物魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉共混應(yīng)用，制備載藥結(jié)腸靶向凝膠微球，并對其釋藥行為進(jìn)行考察，并探討其釋藥機(jī)理，以期制備結(jié)構(gòu)優(yōu)、靶向性優(yōu)的結(jié)腸制劑。

1　儀器與試劑

UV-6100型紫外可見分光光度計（上海美普達(dá)儀器有限公司）；ZRS-8G型智能溶出試驗儀（天大天發(fā)科技有限公司）；DZF-6050型真空干燥箱（上?，槴\實驗設(shè)備有限公司）；85-2型恒溫磁力攪拌器（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）；BP-61型電子分析天平（德國Satorius）；SB-5200DT超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；UPT-1-10T超純水機(jī)（成都超純科技有限公司）；差示掃描量熱儀（北京恒久科學(xué)儀器廠）

鹽酸小檗堿對照品（批號：MUST-15010411，成都曼斯特生物科技有限公司）；海藻酸鈉（成都市科龍化工試劑廠）；魔芋葡甘聚糖（Ruibio進(jìn)口分裝）；黃連素提取物（實驗室自制，純度95%以上）；無水氯化鈣、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉（成都市科龍化工試劑廠）。

2　方法與結(jié)果

2.1 魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉載藥凝膠微球的制備

稱取一定量的黃連素，加入50 mL純化水，置恒溫磁力攪拌器中，60 ℃攪拌溶解后，稱取一定總量、一定比例的魔芋葡甘聚糖與海藻酸鈉，混合均勻加入黃連素溶液中，繼續(xù)60 ℃磁力攪拌至溶解，靜置片刻待氣泡消除后，用注射器滴加到3% CaCl2溶液中，交聯(lián)1 h，取出，去離子水沖洗3遍，電吹風(fēng)機(jī)吹干表面水分，放入真空干燥箱，60 ℃干燥至恒重。

2.2 差示量熱掃描分析（DSC）

采用差示量熱掃描儀對魔芋葡甘聚糖、海藻酸鈉、共混輔料、黃連素藥物、空白微球及含藥微球分別進(jìn)行掃描，分析其熱特性，加熱速度 10℃.min-1，測試范圍 25～750 ℃ ，取樣5～10 mg，所有測試均在N2下進(jìn)行。

圖1為魔芋葡甘聚糖、海藻酸鈉、及其共混組分的差示量熱掃描結(jié)果，由圖可知，海藻酸鈉在246.9 ℃和347.6 ℃處有兩個吸收峰，為海藻酸鈉的特征峰，593.3 ℃為海藻酸鈉的分解峰。魔芋葡甘聚糖在203.8 ℃開始發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，440.8 ℃出現(xiàn)吸收峰。海藻酸鈉與魔芋葡甘聚糖混合物的DSC曲線中，海藻酸鈉吸收峰出現(xiàn)在297.4 ℃和381.4 ℃，發(fā)生了偏移，而魔芋葡甘聚糖的峰形消失，表明海藻酸鈉與魔芋膠混合后發(fā)生了某種反應(yīng)，而并非是簡單的物理混合。

圖1 KGM、SA、KGM-SA DSC曲線

圖2為黃連素、空白凝膠微球、含藥凝膠微球的差示量熱掃描結(jié)果。由圖可知黃連素在111.1 ℃與192.2 ℃有兩個吸收峰，為其特征峰?？瞻孜⑶蛟?74.3 ℃有一個吸收峰，而含藥微球中，黃連素的吸收峰消失，而514.1℃的吸收峰變寬，說明黃連素在微球中可能是以分子或無定型狀態(tài)存在的。

圖2 黃連素、空白微球、含藥微球DSC曲線

2.3 體外藥物釋放的測定

2.3.1 黃連素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取適量鹽酸小檗堿對照品及空白凝膠微球溶于pH7.4磷酸鹽緩沖液（PBS）， 200～800 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行紫外掃描，結(jié)果顯示，黃連素的最大吸收波長在345.5 nm處，而空白微球在此波長沒有吸收，故選擇345.5 nm為黃連素的檢測波長。

精密稱取鹽酸小檗堿對照品5 mg，加適量pH7.4 PBS超聲溶解后，定容至100 mL，即得濃度為0.05 μg.mL-1的對照品儲備液。精密吸取儲備液0.4，0.8，1.2，1.6，2.0，2.4 mL置10 mL容量瓶中并用pH7.4 PBS定容至刻度，得一系列不同濃度的對照品溶液，于345.5 nm處測定吸光度，并以吸光度A為橫坐標(biāo)，濃度C為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：C=15.925A-0.2564，R2=0.9992。結(jié)果表明，鹽酸小檗堿在2～12 μg.mL-1濃度范圍內(nèi)與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

2.3.2 體外釋放度測定 按照《中華人民共和國藥典》2010年版二部附錄XC溶出度測定法，選擇第二法（漿法）對黃連素凝膠微球進(jìn)行溶出度測定。釋放條件為：釋放介質(zhì)pH7.4 PBS ，溶出介質(zhì)體積500 mL，轉(zhuǎn)速為50 r.min-1，溫度為（37±0.5） ℃。

精密稱取微球90 mg，按上述實驗條件進(jìn)行測定，每隔20 min取樣，并補(bǔ)加相應(yīng)的新鮮介質(zhì)，用pH7.4 PBS稀釋至適宜倍數(shù)，紫外檢測吸光度，對照黃連素標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算黃連素濃度及含量。計算各時間點累積釋藥率，繪制藥物釋放曲線。

式中Q為累積釋藥率，mi為第i次測得的微球中黃連素的含量，m0為所取微球的質(zhì)量，L為微球載藥量。

2.4 不同因素對微球釋藥的影響

2.4.1 多糖總濃度對微球載藥量和釋藥曲線的影響 固定共混比例（KGM: SA）1:3，加藥量0.5 g，改變多糖濃度，按“2.1”項下方法制備凝膠微球。多糖濃度小于1%時，溶液濃度過低，不易形成微球，而多糖濃度大于3%時，溶液粘度過大，微球出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。因此多糖濃度在1%～3%為宜。

多糖總濃度對微球釋藥的影響見圖3，隨著多糖總濃度的增加，微球釋藥速率加快。多糖濃度為1% 和2%時，釋藥曲線較為接近，總濃度達(dá)到3%時，出現(xiàn)藥物突釋現(xiàn)象。分析原因可能是因為隨著多糖濃度的增加，微球結(jié)構(gòu)的致密性隨之增加，而多糖濃度過高時，微球中的Na+與CaCl2中的Ca2+的交聯(lián)受到阻礙，使藥物聚集在微球表面，從而在釋藥過程中發(fā)生突釋。

圖3 不同多糖濃度制備凝膠微球的釋藥曲線

2.4.2 共混比例對微球載藥量和釋藥曲線的影響 固定多糖濃度2%，加藥量0.5 g，改變共混比例（KGM:SA），按“2.3”項下方法制備凝膠微球，共混比例大于1:1時，共混溶液較黏稠，滴制出的微球不成形，因此選擇的共混比例應(yīng)小于1:1。

由圖4可知，隨著共混比例中海藻酸鈉比例的增大，微球的釋藥速率增加，完全釋放所需時間減短。微球的形成主要是因為海藻酸鈉中Na+與CaCl2溶液中Ca2+發(fā)生交聯(lián)作用產(chǎn)生 “蛋箱”結(jié)構(gòu)。多糖中海藻酸鈉比例增加，濃度增大，微球致密度增加，使藥液更容易集中在微球表面，內(nèi)層含藥相對較少，使海藻酸鈉比例大的微球釋藥更快。另一原因可能是魔芋膠的加入減慢了釋藥速度。

圖4 不同共混比例制備凝膠微球的釋藥曲線

2.4.3 加藥量對微球載藥量和釋藥曲線的影響 固定多糖濃度2.5%，共混比例（KGM:SA）1:3，改變加藥量，按“2.3”項下方法制備凝膠微球。

由圖5可知，加藥量為0.9 g時，藥物釋放時間最長，速率最慢，0.5 g時釋藥速率大于0.1 g。分析原因是藥物從凝膠微球中的釋放，依靠的是凝膠層由外向內(nèi)的釋放以及藥物因濃度差異向外擴(kuò)散的作用。隨著加藥量增大，載藥量增加，微球外層藥量及濃度差增加，使釋藥速率加快。但當(dāng)加藥量增大到一定程度時，微球密度增大，使藥物溶出減緩。

圖5 不同加藥量制備凝膠微球的釋藥曲線

2.5 釋藥機(jī)制研究

將藥物制成制劑后，要求制劑在體內(nèi)按一定規(guī)律釋放藥物，以達(dá)到預(yù)期的用藥目的，發(fā)揮作用。本實驗通過對魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉凝膠微球體外累積釋放率-時間數(shù)據(jù)進(jìn)行各種模型的釋藥方程擬合，研究凝膠微球的釋藥機(jī)制，探索其體外釋藥規(guī)律，為其體內(nèi)釋藥行為提供一定的理論依據(jù)。

目前評價藥物釋放機(jī)制的模型主要有以下幾種：

Q為累積釋放率，t為時間，a1～a5為常數(shù)，b1～b4和a5為速率常數(shù)

對上述所有釋藥曲線進(jìn)行釋藥模型擬合，結(jié)果見表1，相關(guān)系數(shù)（R2）值越大，則擬合效果越好，在零級、一級、Higuchi、Hixcon-Crowell 四種釋藥模型中，一級釋藥模型擬合結(jié)果線性關(guān)系最好，因此微球的釋藥符合一級釋藥模型。實驗過程中發(fā)現(xiàn)。藥物完全釋放后，凝膠微球為仍保持完整的球形狀態(tài)，并布有細(xì)小的孔徑，推測凝膠微球釋藥過程可能是微球與溶液接觸后吸水膨脹成水凝膠，表面部分藥物先溶出，而內(nèi)部可溶性成分溶解，并隨著擴(kuò)散的進(jìn)行分散在水凝膠空隙中進(jìn)行釋放。

表1 釋藥方程擬合結(jié)果

3　討論

微球?qū)儆诙鄦卧獎┝啃徒o藥系統(tǒng)，與常用單元劑量型如片劑等相比，具有用藥個體差異小、釋藥規(guī)律重現(xiàn)性好、便于后續(xù)制劑加工等優(yōu)點，是目前口服新型給藥系統(tǒng)研制的常用劑型之一。本文以魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉為載體材料，以黃連素為模型藥物，采用滴制法制備凝膠微球，方法簡便，易于操作。DSC結(jié)果表明KGM與SA相容性較好，可聯(lián)合用于結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)。

本文對影響凝膠微球釋放的因素進(jìn)行考察，并繪制釋藥曲線，研究中發(fā)現(xiàn)，載藥凝膠微球的釋藥過程大致可分為三個階段：釋放初期，時間較短，釋放速率較快；釋藥中期，釋藥速率減緩；釋藥末期，凝膠中的藥物基本釋放完全，藥物累積釋放率增加不明顯。對釋藥曲線分別進(jìn)行零級、一級、Higuchi、Hixcon-Crowell 四種釋藥模型擬合，擬合結(jié)果表明，魔芋葡甘聚糖-海藻酸鈉凝膠微球的釋放符合一級動力學(xué)方程。其釋放機(jī)理分析為微球接觸溶液后開始溶脹，表層藥物溶出，隨著溶脹的進(jìn)行，溶液進(jìn)入到微球內(nèi)部，并出現(xiàn)孔徑，內(nèi)部藥物溶解并溶出。

［參考文獻(xiàn)］

［1］Nakajima N，Ishihara K，Matsmlra Y. Dietary—fiber-degrading enzymes from a human intestinal Clostridium and their application to oligosaccharide production from nonstarchy polysaccharides using immobilized cells［J］. Appl Microbiol Biotehnol，2002，59（2-3）:182.

［2］Wang C， Xu M， Lv W P， el al. Study on rheological behavior of konjac glucomannan［J］. Physics Procedia，2012（33）:25.

［3］謝建華，龐杰，朱國輝，等.魔芋葡甘聚糖功能研究進(jìn)展［J］.食品工業(yè)科技，2005，12:180.

［4］崔園園，陳紅，周豐，等.海藻酸鈉-胰蛋白酶微球的制備及藥物釋放性能［J］.復(fù)合材料學(xué)報，2011，28（2）:17.

［5］Korsmeyer R W， Gurny R， Doelker E， et al. Mechanisms of solute release from porous hydrophilic polymers ［J］. Int J Pharm， 1983， 15（1）: 25.

［6］Schwartz J B， Simonelli A P， Higuchi W I. Drug release from wax matrics I. Analysis of data with first-order kinetics and with diffusion-controlled model ［J］. J Pharm Sci， 1968， 57（2）: 274.

［7］Higuchi T. Mechanism of sustained-action medication. Theoretical analysis of rate of release of solid drugs dispersed in solid matrices ［J］. J Pharm Sci， 1963， 52（12）: 1145.

［8］Dredán J， Antal I， Rácz I. Evaluation of mathematical models describing drug release from lipophilic matrices ［J］. Int J Pharm，1996， 145（1/2）: 61.

（責(zé)任編輯：何瑤）

The release characteristics of konjac glucomannan-sodium alginate gel microspheres

LI Pei-pei， LI Xiao-fang， LI Ping，XIANG Zhi-yun， ZHOU Wei， LUO Kai-pei// （School of Pharmacy， Chengdu University of Traditional Chinese Medicine； Key Laboratory of Standardization for Chinese Herbal Medicine， Ministry of Education； National Key Laboratory Breeding Base of Systematic Research， Development and Utilization of Chinese Medicine Resources， Chengdu 611137， Sichuan）

［Abstract］Objective: To investigate the release characteristics and mechanism of drug from konjac glucomannan-sodium alginate （KGM-SA） gel microspheres under different condition. Method: The gel microspheres were prepared by dipping. In vitro analytical method was established to study the influence of factors on the release of microspheres including the concentration of polysaccharides， the mass fraction of SA to KGM and the dosage. Then the release curve was drawn and the data were put into drug releasing equation fitting to study the release mechanism. Result: Microspheres release rate was enhanced with the increased polysaccharides concentration and sodium alginate proportion. The microspheres showed fast release in shorten complete release time when a smaller dosage was loaded. And the drug release pattern was best described by first-order kinetics. Conclusion: The drip method of microspheres preparation is simple and easy to operate. The drug can be completely released in 2 hours， and the release mechanism can be evaluated by first-order kinetics.

［Key words］KGM-SA； gel microspheres； in vitro release

［中圖分類號］R 283.6

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A

［文章編號］1674-926X（2016）02-010-04

［基金項目］四川省教育廳重點項目：基于液固壓縮技術(shù)提高中藥難溶性成分溶出度及機(jī)理研究（編號: 15ZA0094）

［作者簡介］李 培培（1988- ），女，碩士研究生，研究方向：中藥新劑型及中藥新技術(shù)研究

［通訊作者］李 小芳（1964- ），女，教授，博士生導(dǎo)師， 研究方向：中藥新劑型及中藥新技術(shù)研究

［收稿日期］2015-09-18