原位凝膠給藥系統(tǒng)的研究進展

許 歡，張永萍，2*，程 純，2，徐 劍，2，劉 耀，2

1.貴州中醫(yī)藥大學(貴州 貴陽 550025)

2.貴州省中藥民族藥炮制與制劑工程技術(shù)研究中心(貴州 貴陽 550025)

近年來隨著藥物制劑領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的日漸成熟和對可生物降解高分子材料的不斷深入研究，各種新劑型相繼問世，其中原位凝膠(in－situ gel)作為一種新型的可注射長效給藥系統(tǒng)得到醫(yī)藥研究企業(yè)廣泛重視。原位凝膠是一類以溶液或半固體狀態(tài)給藥后，在外界環(huán)境(如溫度、離子強度、pH、光等)改變下，能在用藥部位立刻產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成非化學交聯(lián)的半固體劑型，其在給藥前是含有藥物的高分子聚合物溶液，給藥后基于環(huán)境的改變，在人體生理條件下形成凝膠黏附于黏膜上，從而緩慢釋放藥物。原位凝膠劑具有以下優(yōu)勢[1]:①制備方法簡單，易于給藥；②給藥后在體內(nèi)迅速形成半固體凝膠，在給藥部位留存時間長，具有良好的藥物緩控釋特點；③原位凝膠具有組織兼容、給藥方式廣泛等特點?；颊呤褂煤螅话銦o異物感，具有良好可接受性和安全性，其臨床應(yīng)用前景十分廣泛。筆者從原位凝膠的分類、基質(zhì)、給藥途徑方面進行闡述，并對原位凝膠制劑研究領(lǐng)域存在的問題進行總結(jié)和展望，為其進一步深入研究提供參考。

1 原位凝膠的分類

原位膠凝可分為兩大類系統(tǒng)，一類是基于生理環(huán)境刺激響應(yīng)的原位凝膠系統(tǒng)，另一類是基于光(紫外光或可見光)照射時形成的原位凝膠系統(tǒng)[2]。原位凝膠根據(jù)形成機制可分為:①溫度敏感型原位凝膠；②離子敏感型原位凝膠；③pH敏感型原位凝膠；④光敏感型原位凝膠；⑤復(fù)合型原位凝膠等。又可根據(jù)給藥途徑的不同，分為口服、注射、滴眼、皮膚、鼻用、直腸用、陰道用等多種[1]。

1.1 溫度敏感型原位凝膠溫度敏感型原位凝膠與傳統(tǒng)凝膠劑不同，其在室溫下是一種均勻的、半透明狀的液體，但在溫度變化下可發(fā)生相互轉(zhuǎn)變[3]。溫敏凝膠通過與細胞、藥物和生長因子混合，在較低溫度時以溶液狀態(tài)注入損傷部位，在體溫的影響下迅速由溶液轉(zhuǎn)變成凝膠，從而形成凝膠包裹藥物的儲庫[4]。由于具有良好的生物相容性及緩控釋性能，溫敏凝膠在藥劑領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。卡波姆(carbopol，CP)、殼聚糖(chitosan，CS)、普朗尼克、纖維素衍生物、聚乙二醇嵌段共聚物等是常用的載體材料，另加其他保濕劑、增黏劑、調(diào)節(jié)劑等。以泊洛沙姆為輔料，通過星點設(shè)計實驗，考察凝膠穩(wěn)定性及緩沖液對其凝膠溫度的影響，測定凝膠溫度、時間，考察相關(guān)流變學性質(zhì)，得苦茶凝膠中輔料的最佳用量為泊洛沙姆188和407分別為3.15%和17.16%，該凝膠在陰道環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定、滯留性好[5]。

1.2 離子敏感型原位凝膠離子敏感型原位凝膠是指在外界環(huán)境刺激下，其基質(zhì)材料與生理條件下的離子交聯(lián)，產(chǎn)生溶膠－凝膠相變，給藥后通過離子的改變產(chǎn)生凝膠狀態(tài)[6]。海藻酸鈉、去乙酰結(jié)冷膠等常被用作離子敏感型凝膠材料，另加入增黏劑、防腐劑等。以海藻酸鈉作為基質(zhì)材料，70%酒精貓爪草提取物作為溶劑，室溫下磁力攪拌，充分溶脹，得到貓爪草提取物離子敏感型原位凝膠，肺部滯留實驗發(fā)現(xiàn)該凝膠在大鼠肺部可滯留5 d以上，為治療肺結(jié)核的新制劑研究提供了思路[7]。

1.3 pH敏感型原位凝膠pH敏感型原位凝膠利用體內(nèi)外不同的pH值而發(fā)生相轉(zhuǎn)化，體液中pH值的差異會導(dǎo)致聚合物周圍環(huán)境的pH值發(fā)生改變，從而誘發(fā)膠凝。醋酸纖維素酞酸酯、丙烯酸聚合物、殼聚糖、殼聚糖衍生物等常被用作pH敏感型原位凝膠基質(zhì)。以卡波姆為載體材料，羥丙甲基纖維素為增稠劑，并以溶液黏度、凝膠形成能力等為評價指標，制備了能在人工淚液中滯留較長時間且緩釋性能良好的氯霉素眼用pH敏感型凝膠[8]。

1.4 復(fù)合型原位凝膠單一的原位凝膠有其本身的優(yōu)點，可也存在一些問題，例如相變溫度低、凝膠溶蝕快、藥物突釋等。復(fù)合型凝膠通常是先把藥物制備成其他給藥形式，如包合物、脂質(zhì)體、納米粒等，目的是改善藥物的某些特性(如改善藥物的溶解性，提高穩(wěn)定性，減小刺激性等)，進而利用載體材料制備成凝膠，溫度－pH雙敏型及溫度－離子雙敏型是最常見的復(fù)合型原位凝膠。采用泊洛沙姆為溫度敏感型材料，制備多佐胺鹽酸鹽微乳－原位凝膠，進行動物實驗研究，比較微乳－原位凝膠與普通原位凝膠和藥物溶液降眼壓的效果，結(jié)果顯示微乳－原位凝膠降眼壓作用更好，可持續(xù)8 h[9]。

2 原位凝膠常用的基質(zhì)

原位凝膠劑能否發(fā)揮理想的效果，除了與藥物本身的理化性質(zhì)以及藥理活性有關(guān)外，制劑處方的組成(如主藥、凝膠基質(zhì)材料、吸收促進劑、pH調(diào)節(jié)劑、防腐劑等)也起到重要的作用。其中，凝膠基質(zhì)材料在處方中所占的質(zhì)量比例較大，其性能以及用量對處方的基本性質(zhì)有重要影響。原位凝膠常用的載體材料有CP、泊洛沙姆、CS及其衍生物、聚乙二醇嵌段共聚物、海藻酸鹽、結(jié)冷膠和纖維素類等。

2.1 CPCP是常用的丙烯酸類高分子聚合物，不僅具有優(yōu)良的黏附性能和流變學性質(zhì)，還能延長藥物的作用時間、增加藥物生物利用度，在原位凝膠載體材料研究中被廣泛應(yīng)用。按照聚合度的不同，將CP分為CP934、CP940、CP980等，此外還包含CP經(jīng)修飾的接枝共聚物，如Carbopol ETD 2020、Carbopol AQUA SF－1、Carbopol Ultrez 21等。CP膠凝機制受其分子中羧基解離狀況的影響較大，羧基是其結(jié)構(gòu)中最多的基團，因此CP主要應(yīng)用于pH敏感型原位凝膠載體材料。以CP為凝膠基質(zhì)材料、羥丙甲基纖維素為增稠劑制備黃芩苷pH觸發(fā)凝膠系統(tǒng)，利用流變儀技術(shù)、微透析技術(shù)等進行體內(nèi)外評價，結(jié)果表明該制劑生理條件下凝膠行為優(yōu)良，且8 h內(nèi)藥物持續(xù)釋放[10]。

2.2 泊洛沙姆泊洛沙姆是常用的溫敏型原位凝膠基質(zhì)，商品名普朗尼克，是一類ABA型三嵌段聚合物(即由聚氧乙烯、聚氧丙烯構(gòu)成的PEO－PPOPEO聚合物)，當達到凝膠化溫度時，聚氧丙烯鏈脫水，形成球狀膠束(疏水聚氧丙烯為內(nèi)核，親水聚氧乙烯鏈為外殼)，溫度越高，聚合物分子之間的纏結(jié)和堆砌作用加劇而發(fā)生膠凝，這種兩親性的結(jié)構(gòu)既可以載入親水性的藥物，使其分散在膠束外的自由溶劑中，也可以包載難溶性藥物，使其滯留在膠束內(nèi)核[11－12]。泊洛沙姆由于具有毒性小、熱敏溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變、反向熱凝膠性能、良好的緩釋作用等特點而被應(yīng)用于原位凝膠及其他制劑載體材料。以泊洛沙姆和羧甲基纖維素為基質(zhì)，制備遞送抗真菌藥物伏立康唑原位凝膠，將制劑用于眼部時，不會對眼睛產(chǎn)生刺激[13]。

2.3 CSCS是一種由甲殼素脫乙?；玫降募讱に匮苌?，因此也叫乙酰甲殼素。CS結(jié)構(gòu)中含有很多氨基，其溶解度與pH有關(guān)，當pH＜6.2時單純CS能溶于水，而pH＞6.2時可產(chǎn)生膠凝作用。CS生理pH條件下很難溶解，但在酸性條件下能溶解。CS與甘油磷酸鹽合用后以溶液給藥，在藥用部位隨溫度改變而產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變形成凝膠，從而控制藥物釋放，因而常用作凝膠基質(zhì)材料[14]。采用CS和甘油磷酸鈉為載體制備的平陽霉素溫敏原位凝膠，一方面用于局部瘤內(nèi)注射治療血管畸形，另一方面作為緩釋制劑使藥物在脈管畸形組織中緩慢釋放，不僅可以減少給藥次數(shù)，還能縮短治療時間，為研發(fā)平陽霉素新劑型提供一定依據(jù)[15]。

2.4 聚乙二醇嵌段共聚物聚乙二醇嵌段共聚物[16]由聚乳酸和聚乙二醇類似物單體合成的共聚物，是常用的溫敏型原位凝膠基質(zhì)，可以在環(huán)境溫度改變下作出應(yīng)答，達到智能控制藥物釋放的目的。以甲氧基聚乙二醇－聚乳酸共聚物為載體，丙三醇和氮甲基－2－吡咯烷酮(NMP)為溶劑制備替硝唑溫敏型原位凝膠，并對其進行結(jié)扎誘導(dǎo)的家兔牙周炎體內(nèi)研究，計算相關(guān)藥代動力學參數(shù)，發(fā)現(xiàn)該凝膠系統(tǒng)藥理作用是有效的，組織學研究表明該制劑刺激性低[17]。

2.5 海藻酸鹽海藻酸鹽是一種從海洋褐藻提取的多功能天然聚合物，能被多價離子如Ca2＋等溫和地交聯(lián)形成凝膠，常制成凝膠劑[18]。海藻酸鹽在水溶液中由二價陽離子(如Ca2＋、Cu2＋)與其羧酸部分的相互作用而膠凝，在酸性條件下發(fā)生溶膠－凝膠轉(zhuǎn)變，海藻酸鹽凝膠具有納米多孔結(jié)構(gòu)，有利于小分子藥物的擴散釋放[19]。海藻酸鹽是常用的離子敏感型原位凝膠輔料，以海藻酸鹽為凝膠基質(zhì)，以羥丙甲基纖維素為增稠劑，制備的離子敏感型抗菌劑－眼用加替沙星凝膠劑的流變學行為不受加替沙星摻入的影響[20]。

2.6 纖維素及其衍生物纖維素是由大量β－D－吡喃葡萄糖通過1，4－糖苷鍵脫水而得到的大分子多糖，纖維素不溶于水，但對其進行結(jié)構(gòu)修飾后能獲得較好溶解性，可再生持續(xù)利用，是自然界中豐富的生物材料，纖維素及其衍生物常用作溫敏型原位凝膠基質(zhì)材料[21]。纖維素類原位凝膠基質(zhì)雖具備良好的性能，但通常不單獨使用，多與其他類型的凝膠基質(zhì)材料結(jié)合使用，根據(jù)凝膠要求對比例或組成進行調(diào)節(jié)。使用實驗設(shè)計軟件對帕利培酮(PLPD)原位凝膠進行優(yōu)化(最佳處方:0.5%PLPD－HP－β－CD包合物、0.2%CP、0.4%羥丙基甲基纖維素(HPMC)、0.01%苯扎氯銨及水)，使用綿羊鼻粘膜檢查PLPD的粘膜滲透性，結(jié)果PLPD的原位凝膠表現(xiàn)出良好的粘膜粘附性并顯示出持續(xù)的藥物釋放，粘膜纖毛毒性和組織病理學檢查證實，用PLPD原位凝膠治療后，鼻粘膜結(jié)構(gòu)仍不受影響，表明該凝膠對羊鼻粘膜無毒性、刺激性、安全性好[22]。

3 原位凝膠給藥途徑

原位凝膠根據(jù)給藥方式的不同，可分為:①鼻用原位凝膠；②眼用原位凝膠；③皮膚給藥原位凝膠；④注射給藥原位凝膠；⑤直腸給藥原位凝膠；⑥陰道給藥原位凝膠；⑦牙周內(nèi)給藥原位凝膠。

3.1 鼻用原位凝膠鼻用原位凝膠作為一種新型的給藥方式，常用來治療各種鼻腔和鼻竇疾病，具有以下優(yōu)勢:①獨特的溶液－凝膠轉(zhuǎn)變性能、吸收快、無肝臟首過效應(yīng)及胃腸道降解、生物利用率高；②具有良好的組織相容性和生物黏附性；③能增強對黏膜組織的親和力；④能延長藥物的滯留時間等。以鹽酸格拉司瓊和酮咯酸氨丁三醇為原料制備的鼻用原位凝膠，能避免酮咯酸氨丁三醇對胃腸道的副作用，還能提高藥物的生物利用率，對鼻黏膜無損傷[23]。

3.2 眼用原位凝膠傳統(tǒng)眼部制劑吸收除受眼角膜屏障的限制外，淚液稀釋、鼻腔內(nèi)引流、酶促代謝等作用也會影響藥物生物利用度。而眼用原位凝膠在給藥前，液體黏性較低，易于給藥，當制劑達到穹窿時，就會發(fā)生相轉(zhuǎn)變，形成凝膠并增加黏膜黏附，從而增加藥物在眼部的留存間，進而達到緩控釋目的[24]。以馬來酸噻嗎洛爾、去乙酰結(jié)冷膠(DGG)、磷脂酰膽堿、膽固醇、甘露醇以及水，制備pH 7.0的馬來酸噻嗎洛爾離子敏感型眼用原位凝膠，并進行體外藥物釋放和體內(nèi)藥效學研究，結(jié)果顯示該制劑可減緩藥物釋放，相比于滴眼液，凝膠具有更好降眼內(nèi)壓效果和更長藥效作用時間[25]。

3.3 皮膚給藥原位凝膠皮膚給藥原位凝膠是一種可增加藥物經(jīng)皮轉(zhuǎn)運效率的新型遞藥途徑，給藥后可以避免口服給藥所帶來的消化系統(tǒng)的滅活作用及肝臟對藥物的首關(guān)作用，提高了藥物的生物利用度從而提高治療效果，藥物由于皮膚的阻礙作用，可以達到緩控釋作用，給藥期間藥物吸收速率恒定，血藥濃度穩(wěn)定，避免了藥物血藥濃度波動及其產(chǎn)生的副作用，且用藥方便。以癸酸甘油三酯、大豆磷脂、聚乙二醇單硬脂酸酯及泊洛沙姆407制備了包封率和載藥量分別為91.76%和2.19%的姜黃素納米脂質(zhì)載體皮膚熱敏原位凝膠，對該凝膠進行活體實驗研究發(fā)現(xiàn)其對耳廓水腫小鼠有顯著的抗炎作用[26]。

3.4 注射給藥原位凝膠注射給藥原位凝膠作為一種新型的給藥途徑，具有顯著的優(yōu)勢，是藥劑學關(guān)注和研究的熱點。以泊洛沙姆為基質(zhì)材料制備氯諾昔康原位凝膠，并研究其體內(nèi)外釋藥相關(guān)性，結(jié)果顯示該劑型制備工藝簡單，大鼠皮下注射，具有良好的體內(nèi)外相關(guān)性[27]。將基質(zhì)細胞衍生因子－1α、殼聚糖/三聚磷酸鈉/透明質(zhì)酸/納米粒與水凝膠結(jié)合，構(gòu)建可注射納米粒/水凝膠復(fù)合體系，進行大鼠顱骨再生實驗，組織學分析、免疫組織化學對顱骨標本進行評估，結(jié)果顯示該遞藥系統(tǒng)可促進骨再生[28]。

3.5 陰道給藥原位凝膠陰道給藥的原位凝膠基質(zhì)主要是功能水凝膠，它們能與吸收處的黏膜黏合，將藥物釋放系統(tǒng)定位于某個部位，進而延長藥物在陰道內(nèi)的留存時間[29]。以克霉唑、HPMC、泊洛沙姆作為緩釋材料和黏合劑等制備克霉唑黏膜黏附原位凝膠，用于治療陰道假絲酵母菌感染，并進行大鼠陰道的滯留情況實驗，給藥24 h后，陰道黏膜上仍有凝膠制劑殘留，證明該制劑有較好的陰道滯留性[30]。

3.6 牙周內(nèi)給藥原位凝膠治療牙周炎常采用機械治療，部分或全身治療的藥物進行治療，機械療法有些部位器械不易到達，導(dǎo)致治療不完全，所以必須結(jié)合藥物治療，而口服抗菌藥物到達病灶的藥物濃度低，若頻繁的口服給藥，抗菌藥物會對其他組織以及器官產(chǎn)生不良反應(yīng)，甚至是耐藥性。由于原位凝膠流動性好，能使藥物與病處充分接觸，并且能使藥物在局部維持較長時間的有效濃度和減少細菌耐藥性[31]。另外，原位凝膠通過普通注射器和針頭給藥后聚合物易與牙周袋不平整形狀貼合，從而提高患者的順應(yīng)性。用以治療牙周炎的姜黃素原位凝膠以2%姜黃素、30%泊洛沙姆、1%卡波姆934等制備，體外研究顯示該制劑具有較好的通針性，釋放可持續(xù)1周，緩釋性能良好[32]。

4 結(jié)語

原位凝膠劑作為一種新興的給藥系統(tǒng)，以液體形式給藥，給藥方便。在不同刺激響應(yīng)型原位凝膠制劑中，聚合物對外圍條件(如pH、溫度、光、離子濃度等)的變化具有高靈敏度，原位形成凝膠后，延長藥物在體內(nèi)的留存時間并使藥物持續(xù)釋放，可提高藥物生物利用度及改善療效。此外復(fù)合型原位凝膠，可調(diào)節(jié)制劑的機械強度、黏度、凝膠化能力等性質(zhì)。原位凝膠劑雖然具有很多優(yōu)點，但其研究仍存在不足，其一目前大多數(shù)原位凝膠僅設(shè)計用于遞送單一活性成分。在今后的研究中，可設(shè)計由多種成分組成的制劑開發(fā)原位凝膠遞藥系統(tǒng)；其二是可供原位凝膠處方使用的基質(zhì)材料種類有限，大部分僅限于少數(shù)常用的天然聚合物載體，且材料安全性問題(如對人體黏膜或肌肉組織副作用、毒性等)迄今仍未十分明確，在今后的研究中應(yīng)進一步深入研究生物相容性、可生物降解性材料；其三原位凝膠劑的質(zhì)量控制問題還沒有達到統(tǒng)一的共識(如除了將膠凝溫度、凝膠時間、體外溶蝕度及體外釋放度等作為新制劑的質(zhì)量評價指標外，是否還應(yīng)增加其他新的指標)；其四該類制劑的機制、給藥方法等問題尚未十分清晰，需要進一步深入研究。因此，要高度重視該類制劑材料、質(zhì)量評價等問題，才能夠保證該類遞藥系統(tǒng)的安全性和有效性，并完善相應(yīng)的實驗方法和質(zhì)量控制方法，才能更好地促進該類制劑的發(fā)展和更好地利用此類新型藥物系統(tǒng)。