微乳液在透皮給藥方面的應(yīng)用

周 越 穆 蒙 張永民

（1.江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇無錫，214122；2.中石化勝利油田石油工程技術(shù)研究院，山東東營，257067）

微乳液(ME)是由水、油、表面活性劑以及助表面活性劑(短鏈醇、酸或胺等)自發(fā)形成的透明或半透明，熱力學(xué)穩(wěn)定的分散體系[1]。在表面活性劑和助表面活性劑的配伍作用下，油水界面張力降至一個超低值，體系自發(fā)形成具有極大油水界面面積且穩(wěn)定的微乳液[2]。與普通乳液相比，微乳液的分散液滴直徑很小，通常為10～100 nm，且通過簡單的手搖或渦旋即可形成，制備不需要高能耗。

在藥物輸送方面，透皮給藥相比于口服等給藥方式能避免如腸胃滅活等造成生物利用度不高的問題，稍加設(shè)計(jì)還能達(dá)到長效、減少副作用和延長作用時間等效果。更重要的是，能在一定程度上實(shí)現(xiàn)藥物的靶向作用[3]。但透皮給藥因?yàn)槠つw屏障的存在和藥物滲透性低以及溶解性不好等問題的存在受到了一定的限制。微乳液可以同時增溶親水性和疏水性的藥物，提供藥物滲透濃度梯度進(jìn)而提高生物利用度；且穩(wěn)定性極好，可以提高藥物的儲存穩(wěn)定性；此外，微乳液表面張力超低，易于潤濕皮膚，同時能使角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如增強(qiáng)角質(zhì)層脂質(zhì)雙層流動性和破壞角質(zhì)層水性通道，因此能促進(jìn)藥物進(jìn)入人體循環(huán)，是一種良好的局部給藥載體系統(tǒng)[4]。多年來，微乳液作為潛在的藥物輸送系統(tǒng)引起了廣泛的關(guān)注[5]，有關(guān)研究如雨后春筍般蓬勃興起。本文從使用的表面活性劑類型出發(fā)，從近幾年的文獻(xiàn)中總結(jié)概述了微乳液在透皮給藥方面的優(yōu)勢及應(yīng)用，并對微乳液在透皮給藥領(lǐng)域的研究存在的問題進(jìn)行分析和展望。

1 常規(guī)表面活性劑基微乳液系統(tǒng)

用作藥物運(yùn)輸系統(tǒng)的微乳液的組分要求無毒無刺激，對藥物有較大的負(fù)載能力。其中最常用的表面活性劑有聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯(Tween)和山梨醇脂肪酸酯(Span)系列，或者兩者復(fù)配，具有很好的乳化效果，刺激性也非常小，適于作為藥物載體。油相通常選擇中等極性的、體積較大的分子，使用最廣泛的是中等鏈長的三酸甘油酯、脂肪酸酯，還有十二酸、十四酸和油酸的甲酯或乙酯等[6]。近年來綠色溶劑離子液體及低共熔溶劑在藥物載體中的應(yīng)用也引起了研究者的廣泛興趣[7-9]。這些分子既能保證與脂溶性藥物的相溶又能夠與表面活性劑界面膜滲透和結(jié)合。

Aggarwal及其團(tuán)隊(duì)[10]制備并評估了負(fù)載灰黃霉素(一種抗真菌藥物)的微乳液。通過使用油酸、Tween80和乙醇分別作為表面活性劑和助表面活性劑來制備微乳液。該微乳制劑的粒徑、多分散指數(shù)(PDI)和ζ電位分別為12.21 nm、0.109和-0.139 mV。將雄性小鼠皮膚用于研究藥物的滲透，并將負(fù)載灰黃霉素的微乳狀液分別與其水懸浮液、油溶液和普通乳膏進(jìn)行比較。結(jié)果表明，與其他劑型相比，基于該微乳體系的藥物滲透率高3倍。Qurt等[11]開發(fā)了基于相同組分的微乳液體系用于伏立康唑(VCZ)和舍他康唑(SCZ，分別為兩種典型的廣譜抗真菌藥物)的皮膚輸送。通過物理穩(wěn)定性，離體豬皮的體外藥物滲透和抗真菌活性實(shí)驗(yàn)對制備的微乳制劑進(jìn)行了表征和評估。所形成的微乳液尺寸較小，其中ME-VCZ的液滴尺寸為10.72±0.14 nm(PDI=0.11±0.03)，ME-SCZ的液滴尺寸為16.67±0.23 nm(PDI=0.12±0.05)。體外皮膚滲透以及膠帶剝離研究表明，通過優(yōu)化微乳配方，兩種抗真菌劑向皮膚深層的遞送均得到顯著增強(qiáng)，皮膚累積量均高于市售抗真菌乳膏。衰減全反射傅立葉變換紅外光譜(ATR-FTIR)證明微乳劑可以通過增加細(xì)胞間脂質(zhì)的流動來克服角質(zhì)層屏障。此外，體外抗真菌活性測試中負(fù)載這兩種藥物的微乳也顯示出了對念珠菌等多種真菌的良好殺滅效果。

Salabat等[12]引入離子液體(ILs)：1-辛基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽([OMIM][PF6])和1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽([BMIM][PF6])，制備微乳作為塞來昔布(一種非甾體抗炎藥)的局部給藥系統(tǒng)。使用Franz擴(kuò)散池研究了ILs基微乳中的塞來昔布在大鼠皮膚中的體外擴(kuò)散，并將其與傳統(tǒng)微乳進(jìn)行了比較。兩種微乳均使用Tween80和二乙二醇單乙醚(Transcutol)組成的表面活性劑體系，油相分別為離子液體和肉豆蔻酸異丙酯，用于構(gòu)建ILs/W和O/W微乳液。離體釋放結(jié)果表明，ILs/W制劑的塞來昔布滲透性比O/W制劑大，且ILs/W系統(tǒng)釋放速率比O/W系統(tǒng)更快。該研究說明ILs在微乳透皮給藥系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用前景。

2 卵磷脂基微乳液系統(tǒng)

一般而言，在藥物運(yùn)輸系統(tǒng)中形成微乳液所需的表面活性劑用量通常為20%～30%，大量表面活性劑和助表面活性劑的使用對皮膚存在一定的刺激性，微乳液用于透皮給藥的可行性受到限制。因此在配方中使用生物相容性和無刺激性的表面活性劑來構(gòu)筑微乳液得到了廣泛的研究，尤其是天然無毒的離子型表面活性劑卵磷脂[13](圖1)。

圖1 卵磷脂(磷酸膽堿PC)的化學(xué)結(jié)構(gòu)

Changez等[14]研究了卵磷脂/正丙醇/肉豆蔻酸異丙酯/水微乳液的組成對鹽酸丁卡因(THCl)透皮滲透的皮膚屏障性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)鹽酸丁卡因的皮膚通量取決于卵磷脂與正丙醇的比例(Km比例)。在較低的Km比例(即0.5︰1和0.8︰1)與較高的Km比例(1︰1和1.5︰1)的微乳液中，THCl的滲透速率更高。卵磷脂基微乳制劑使用6 h后的透射電子顯微鏡(TEM)照片分析顯示，表皮的細(xì)胞間空間增加了3.5±0.75倍，上層真皮增加了3.8±0.4倍?？傮w而言，卵磷脂微乳通過皮膚上的水合作用梯度產(chǎn)生強(qiáng)大的作用力，這迫使皮膚屏障最弱的細(xì)胞間連接變寬，并產(chǎn)生透皮通道以使藥物滲透到皮膚中。共聚焦激光掃描顯微鏡結(jié)果顯示汗腺和毛囊也為藥物透過皮膚提供了通路。

Savic等[15]為了提高他克莫司(TAC，一種高分子量和水溶性差的免疫抑制大環(huán)內(nèi)酯)的皮膚滲透性，開發(fā)了無刺激性的基于卵磷脂的微乳液，其中包含乙醇，異丙醇或丙二醇作為助表面活性劑，各種辛酸/癸酸甘油三酯和丙二醇單辛酸酯作為油相。研究不同組分對于微乳液三元相圖中的單相區(qū)大小的影響及其形成不同類型微乳液的能力(圖2)，發(fā)現(xiàn)異丙醇為助表面活性劑時單相區(qū)面積最大，而油相幾乎沒有影響。穩(wěn)定性研究證明在室溫下保存一年后，TAC的含量沒有變化。皮膚性能實(shí)驗(yàn)表明微乳對皮膚無刺激性，利用Franz擴(kuò)散池進(jìn)行的體外釋放試驗(yàn)顯示TAC從微乳中釋放的速率較高[兩種雙連續(xù)型微乳為0.98±0.10和0.92±0.11 μg/(cm2·h)，水包油微乳為1.00±0.24 μg/(cm2·h)，參照的乳膏0.15±0.08 μg/(cm2·h)］。此外，使用膠帶剝離法通過豬耳皮膚進(jìn)行離體滲透評估，證實(shí)了兩種類型的微乳載藥體系的優(yōu)越性，這意味著已開發(fā)的微乳劑是TAC經(jīng)皮膚遞送的有希望的載體。

圖2 基于卵磷脂的微乳液的理化表征(左上)、三元相圖(中)和負(fù)載他克莫司的穩(wěn)定性(左下)及體內(nèi)外釋放曲線(右)

3 微乳凝膠系統(tǒng)

向微乳液體系中加入膠凝劑如明膠、黃原膠、卡拉膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素等以提高體系的黏度從而形成凝膠，這樣的體系稱為微乳液凝膠。凝膠制劑能很好地黏附在皮膚上，延長了藥物在皮膚上的保留時間從而提高藥物的滲透率，并在一定程度上達(dá)到緩釋的效果，同樣更好的流變特性也會改善患者對于藥物使用的可接受性[16]。

白藜蘆醇的甲基化衍生物的3,5,4'-三甲氧基-反式-二苯乙烯(BTM，如圖3所示)具有廣泛的藥理活性，可用于抗腫瘤、抗過敏、抗衰老和抗炎，有研究發(fā)現(xiàn)該類藥物對骨關(guān)節(jié)炎具有極好的療效，但口服BTM存在如腎臟損傷的副作用[17]，因此局部給藥將成為不錯的替代方式。Hu等[18]開發(fā)了負(fù)載BTM的微乳水凝膠(MBH)制劑，作為局部給藥系統(tǒng)來治療骨關(guān)節(jié)炎。對微乳液配方進(jìn)行優(yōu)化，最終選擇了具有最佳的穩(wěn)定性以及最高的BTM溶解度的配方，包含18.8%的油?；垡叶几视王?表面活性劑)，9.4%的二甘醇單乙醚(助表面活性劑)，3.1%的油?；垡叶几视王?油相)和68.7%的水。所獲得的BTM負(fù)載的ME(BTM-ME)具有球形形態(tài)，粒徑為17.5±1.4 nm，PDI值為0.068±0.016，ζ電位為-11.8±0.5 mV。進(jìn)一步使用膠凝劑Carbopol940得到BTM負(fù)載的微乳基凝膠(BTMMBH)。離體皮膚滲透研究表明，ME和MBH制劑均顯著提高了BTM的滲透量，在12 h內(nèi)分別比乳液凝膠的高3.25倍和1.96倍。藥代動力學(xué)研究表明，局部使用微乳液給藥可以減少BTM進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的程度。此外，BTM-MBH的局部遞送在兔骨關(guān)節(jié)炎模型中顯示出顯著的抗骨關(guān)節(jié)炎作用。另外，選擇雙氯芬酸凝膠作為陽性對照，全面評估了BTM-MBH的治療效果，結(jié)果表明開發(fā)的BTMMBH配方可能是用于治療骨關(guān)節(jié)炎的有前途的局部給藥策略。

圖3 白藜蘆醇(a)及其甲基化衍生物(b)的化學(xué)結(jié)構(gòu)

除加入傳統(tǒng)的膠凝劑促使微乳液形成凝膠外，使用非離子表面活性劑D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯(TPGS)在特定比例下也能賦予微乳液體系剛性結(jié)構(gòu)，所形成的層狀體系具有滲透增強(qiáng)性能以及凝膠的良好流變特性。TPGS是通過維生素E琥珀酸酯和聚乙二醇(PEG)酯化而成，可以開發(fā)出包括膠束，微乳液，囊泡和納米顆粒(NPs)在內(nèi)的不同的藥物制劑[19]。

Nicoli團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于TPGS的微乳凝膠，用于皮膚輸送咪喹莫特(IMQ，一種用于治療皮膚感染的免疫刺激藥物)[20]。使用TPGS和Transcutol混合物作為表面活性劑體系，油酸作為油相。固定油和表面活性劑比例，沿著水稀釋線(從20%～56%w/w)選擇了八種微乳液配方(圖4)，對其流變行為進(jìn)行測定，并使用X射線散射(SAXS)對其超分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。SAXS實(shí)驗(yàn)表明，在水含量為20%的微乳液中，存在不連續(xù)的液滴；將系統(tǒng)稀釋至48%的水含量后，該結(jié)構(gòu)變成了相互連接的層狀微乳液；達(dá)到最高的水含量52%～56%后，體系為不連續(xù)層狀結(jié)構(gòu)。隨著水含量升高，體系從近似牛頓流體變?yōu)槟z狀結(jié)構(gòu)，在48%的水含量下顯示出最大的黏度。皮膚吸收實(shí)驗(yàn)表明，滲透卻與微乳液的介觀結(jié)構(gòu)存在較大關(guān)聯(lián)。相互連接的層狀結(jié)構(gòu)有效地增強(qiáng)了藥物的吸收，而在液滴或是不連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)存在的情況下，藥物的吸收減少。此外，研究結(jié)果表明微乳體系的介觀結(jié)構(gòu)還影響表皮和真皮之間的藥物分布，當(dāng)存在不連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)皮膚的藥物累積量明顯增加。這表明通過改變微乳狀液成分來調(diào)節(jié)藥物的輸送和局部進(jìn)入皮膚是可行的。

圖4 (a)TPGS/Transcutol—油酸—水體系的擬三元相圖。白色區(qū)域?yàn)橥该魑⑷椋谏珔^(qū)域表示微乳凝膠；重疊的灰色區(qū)域?yàn)橥该髑腋唣ざ鹊呐浞健?b)咪喹莫特和微乳液組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)

上述體系因油酸存在，其雙鍵易被氧化，穩(wěn)定性差。Nicoli團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究使用飽和脂肪酸異硬脂酸(ISO)作為替代制備基于TPGS的微乳凝膠系統(tǒng)用于IMQ的遞送，制劑穩(wěn)定性和經(jīng)皮給藥能力均有所增強(qiáng)[21]。除此之外，Nicoli團(tuán)隊(duì)還全面地比較了使用不同的表面活性劑(Tween80和TPGS)制備微乳液凝膠負(fù)載環(huán)孢菌素(一種局部治療牛皮癬的免疫抑制劑，它的局部應(yīng)用可以避免全身免疫抑制，但是其理化特性阻礙了其滲透)透皮給藥的能力[22]。使用油酸作為油相，Transcutol、丙二醇或1,3-丙二醇作為助表面活性劑?；赥ween80的微乳液通過加入不同的增稠劑(包括透明質(zhì)酸鈉、氣相二氧化硅、Pluronic、海藻酸鈉和Carbopol940)處理形成凝膠，基于TPGS的微乳在適當(dāng)比例下形成自膠凝體系。選擇不同的微乳配方負(fù)載6 mg/g環(huán)孢菌素，并在豬皮膚上離體施用22 h。如圖5，含水量低的Tween80-ME的相關(guān)皮膚累積量為9.78±3.86 μg/cm2，高黏度的TPGS-ME為18.3±5.69 μg/cm2，與對照組環(huán)保菌素-丙二醇溶液相比，分別增加了約3倍和6倍。此外，還詳細(xì)討論了水含量，表面活性劑，助表面活性劑和制劑黏度因可以改變所形成的微乳液結(jié)構(gòu)從而對藥物釋放存在的不可忽視的作用。

圖5 不同微乳凝膠的組成及其藥物皮膚累積量

總的來說，使用基于TPGS的微乳藥物制劑不需額外加入膠凝劑，更易于制備，并且在合適比例下其形成的體系因?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的存在可以保護(hù)藥物免于降解，增加皮膚的水合作用并增強(qiáng)藥物的吸收，以及TPGS本身具備的克服生物屏障等生物學(xué)特性[23]將使得此類微乳在透皮給藥領(lǐng)域有更加廣闊的應(yīng)用前景。

4 其他微乳液系統(tǒng)

隨著研究的深入，生物聚合物因其獨(dú)特的生物相容性和生物活性在藥物載體的設(shè)計(jì)和開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。殼聚糖是一種通過甲殼素的堿性脫乙酰作用而獲得的天然聚合物，它無毒，生物相容且可生物降解，由于殼聚糖對細(xì)胞膜的高親和力，它已被用作脂質(zhì)體制劑的涂層劑。

DíAZ-ZEPEDA等[24]構(gòu)筑了殼聚糖包覆的負(fù)載姜黃素(從植物中提取的具有抗炎、抗癌、抗菌和抗氧化等多種優(yōu)良特性的生物活性物，其水溶性有限、吸收差、代謝快速使得其生物利用度非常低)的微乳，配方是以Tween20，Tween80為表面活性劑、乙醇和單丙二醇(MPG)為助表面活性劑，油相為植物中提取的丁香油。通過相圖優(yōu)化了表面活性劑和助表面活性劑的比例，所制備的微乳經(jīng)過各種穩(wěn)定性測試，并進(jìn)行動態(tài)光散射(DLS)，ζ電位，電導(dǎo)率以及TEM測試，表明獲得了穩(wěn)定的、球形的，未包覆的和包覆有聚合物的ME，液滴尺寸較小(＜50 nm)。進(jìn)一步通過改變配方組成比例探究對姜黃素的負(fù)載量的變化，并在不同的pH(7.4、6.5和5.8)下進(jìn)行了殼聚糖包覆的微乳液用于藥物遞送研究（圖6）。研究表明，對于所有聚合物包覆的微乳，由于存在殼聚糖，導(dǎo)致ζ電位增加，但姜黃素的負(fù)載不會影響微乳的液滴直徑。由Tween20形成的殼聚糖包衣的微乳液中姜黃素的釋放表現(xiàn)出對pH的依賴性，在酸性pH為5.8時達(dá)到最大釋放(58%)。這項(xiàng)工作基于包覆有刺激反應(yīng)性聚合物殼聚糖的微乳液獲得了新的，更有效的藥物輸送體系，該體系可以通過改變pH來控制藥物的釋放，從而達(dá)到增加藥物穩(wěn)定性和生物利用度的目的，為微乳液體系用于透皮給藥提供了新思路。

圖6 殼聚糖包封的微乳液釋放姜黃素的示意圖

此外，利用纖維素水解得到的纖維素納米晶(NCC)作為藥物賦形劑的應(yīng)用也得到了廣泛的研究，NCC由于其納米尺寸，大的表面積以及作為低毒性和低環(huán)境風(fēng)險的可再生納米材料的特性而變得非常重要。Zainuddin等[25]曾研究過疏水修飾的NCC作為姜黃素的藥物賦形劑的潛力，證明用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)修飾的NCC能結(jié)合了80%～96%的姜黃素。于是該團(tuán)隊(duì)[26]開發(fā)了一種基于CTAB-NCC的微乳液，并研究了其作為姜黃素局部給藥的能力。研究了微乳劑的粒徑及其微結(jié)構(gòu)以及CTAB-NCC納米顆粒的存在對姜黃素局部遞送的影響。體外滲透研究表明，水包油型微乳液中姜黃素的滲透率比油包水和雙連續(xù)型更高。此外，基于CTAB-NCC的微乳液的使用增強(qiáng)了姜黃素在皮膚中的積累量，這是由于姜黃素與CTAB-NCC之間的相互作用能使其緩慢而受控的釋放，且這些體系對L929細(xì)胞系沒有顯示出細(xì)胞毒性。這些結(jié)果表明，基于CTAB-NCC的微乳液可作為透皮輸送姜黃素和其他親脂性藥物的有利途徑。

5 結(jié)語

微乳液因其具有的獨(dú)特性質(zhì)在提高藥物生物利用度和克服皮膚屏障等方面具有極大的優(yōu)勢，許多研究的體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證明了微乳液是一種良好的潛在透皮給藥系統(tǒng)。但因微乳液被稀釋之后因各相組成比例的改變?nèi)菀妆黄茐?，且體系具有的生物刺激性問題依舊存在，故微乳液作為透皮給藥載體在臨床上應(yīng)用較少。但隨著對微乳液體系研究的不斷深入，新的表面活性劑的不斷出現(xiàn)及微乳液作為藥物載體的釋放模型的建立和完善，以及更加綠色和生物相容性體系的出現(xiàn)，微乳液在藥物輸送尤其是透皮給藥領(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的應(yīng)用前景。