新型注射给药系统的研究进展

发表于 讨论求助 2019-01-12 06:49:27

新型注射给药系统的研究进展

Progress in the Research of Novel Injectable Drug Delivery Systems

作者

吕 鹏,何 军,卞 玮,杨亚妮,倪美萍

浙江工业大学长三角绿色制药协同创新中心

中国医药工业研究总院药物制剂国家工程研究中心

摘要

随着药物制剂技术的发展,基于脂质体、微乳、微球、纳米粒和原位凝胶等的新型注射给药系统,已成为药剂学领域研究的热点。

这些给药系统具有减少注射次数、提高疗效和降低不良反应等优点。

本文综述了不同新型注射给药系统上市或处于临床试验的产品、制备方法、所面临的问题以及在药物研发中的应用。

正文

近年来,新型注射给药系统因具有减少注射次数、提高疗效、降低不良反应等显著优点,日益受到人们的青睐和关注。

据统计,2008 ~ 2013 年,美国FDA 批准上市的缓、控释制剂多为口服制剂,仅有4 种注射型缓、控释制剂,见表1。

而口服缓、控释制剂的生物利用度易受胃肠道环境及首过效应的影响且缓释时间较短( 一般不超过24 h) 。

对于一些在胃肠道内不稳定、且需长期给药的药物( 如胰岛素等),一般宜制成注射型缓、控释制剂,以期获得更稳定、长效的临床治疗效果。

目前,随着新型制剂技术的持续发展,基于脂质体、微乳与亚微乳、微球、纳米粒和原位凝胶等

给药系统的新型注射液,已成为药物新剂型研究中的重要组成部分,具有多种优点和广阔的发展前景,本文将按照不同给药系统综述新型注射给药系统的研究进展。

1

注射用脂质体给药系统

脂质体是由磷脂和其他两亲性物质分散于水中,将药物包封于一层或多层同心的脂质双分子层内而形成的微型泡囊。

脂质体主要用作抗肿瘤药、疫苗及核酸类药物的载体。

它可滞留在注射部位或被注射部位的毛细血管所摄取,并随着脂质体的逐步降解,缓慢释放出药物。

目前,已有多种注射用脂质体产品被批准上市。

正处于临床试验阶段的脂质体产品见表2。

目前,传统的脂质体制备方法包括薄膜水化法、乙醇注入法、反相蒸发法和洗涤剂除去法等具有多种缺点,如使用有机溶剂或表面活性剂、加热产生的高能量消耗、有机溶剂残留、稳定性差等。

超临界流体技术(supercritical fluid,SCF) 可克服上述传统制备技术的不足,所使用的材料无毒、不易燃,可经过减压除去,无有机溶剂挥发的过程。

Zhao 等通过超临界CO2技术(SC-CO2) 制备大豆磷脂脂质体并与薄膜水化法相比较,结果前法所制备的脂质体形态均一,且具有较高的静电斥力[U电位为(-70.17±0.75)mV],因此4 周内粒径变化小于5%,稳定性较高。

Karn 等以超临界CO2为反溶剂,采用气体反溶剂法(gas antisolvent method,GAS) 制备环孢素A 脂质体,并与传统的Bangham制备方法作比较。

结果表明,GAS 法制品的包封率和载药量为(92.20±1.36)%和(20.99±0.84)%,与传统方法制得的脂质体无明显区别;但当脂质体在4 ℃条件下放置14 周后,传统方法制得的脂质体包封率和载药量明显下降至(84.59±5.13)%、(15.94±2.80)%,而GAS 法制得的脂质体包封率和载药量无明显变化。

研究表明,脂质体存在对药物包封率低、稳定性差和会快速被网状内皮系统清除等问题,严重制约其应用。

尽管长循环脂质体能延长体内循环时间,但并不意味着一定能提高抗肿瘤药的疗效。

原因之一就在于大部分抗肿瘤药的靶点位于细胞内,而普通长循环脂质体进入细胞的能力差。

为此,张强等用穿膜肽PFVYLI 对包载多柔比星(DOX) 的长循环脂质体进行表面修饰,通过抗体与肿瘤细胞表面的特异性抗原结合,使其运载的DOX 作用于细胞内的靶点,从而提高抗肿瘤药的疗效。

涂盈锋等通过pH 梯度法分别制备DOX长循环脂质体(DOX-SSL) 和P167 肽修饰的DOX长循环脂质体(DOX-P167-SSL)。

大鼠体内药动学和药效学研究表明,DOX-P167-SSL 组与DOXSSL组的相对肿瘤增殖率为7.32%和37.07 %。

DOX-P167-SSL 的长循环效果降低,但药效得到明显提高,这可能与P167 肽的细胞穿透作用有关。

通过对脂质体处方组成和制备工艺的不断改进,相信可使得脂质体的应用更为广泛,成为药物传递的良好载体。

2

注射用微乳给药系统

微乳是由乳化剂、助乳化剂、油相和水相组成的粒径多为10 ~ 100 nm 澄明或带乳光的热力学稳定体系,具有毒性小、药物溶解度及稳定性较高、具有靶向和缓控释性能等优点。

( 助) 乳化剂的加入能显著降低油、水两相间表面张力,因此仅需要搅拌、超声、均质等简单方法就能制得粒度分布均匀的微乳。

但目前微乳并未在注射给药系统中广泛使用,主要原因如下。

①制备时需要高浓度的乳化剂,对注射部位具有一定刺激性。

②微乳不能被绝对稀释,若含水量超出相图微乳区域则立即失去微乳的特性。

目前,已被美国FDA 批准上市的两个微乳制剂均为非注射用制剂(Neoral® 和Restasis®),仅一种注射用微乳( 丙泊酚,Microfol®) 处于临床试验中,该处方中所使用的乳化剂是辛酸钠和泊洛沙姆188。

丙泊酚是临床常用的静脉麻醉药,常用于麻醉诱导与维持。

目前上市的丙泊酚注射液分为亚微乳( 长链/ 中长链脂肪乳) 和微乳两大类。

其中,亚微乳至今是丙泊酚载体中研究最成熟、使用最广泛的剂型。

其主要成分为大豆油、中链甘油三酯(MCT)、甘油和卵磷脂。

1996 年6 月获美国FDA批准上市的丙泊酚长链甘油三酯(LCT) 脂肪乳注射剂Diprivan®,临床应用时易引发高甘油三酯血症和胰腺炎等不良反应,长期输注还可导致丙泊酚输注综合征,使其临床应用受到一定限制。

随着中/长链脂肪乳的问世,B Braun Melsungen AG 开发了丙泊酚中长链脂肪乳注射液(Propofol-Lipuro®)。

LCT 脂肪乳相比,丙泊酚LCT/MCT 脂肪乳能更快地提供能量,并具有良好的肝脏耐受性、更快的甘油三酯清除率和减轻LCT 脂肪乳带来的注射疼痛等优点。

目前,上市的丙泊酚微乳注射液(Aquafol®)的乳化剂为聚乙二醇硬脂酸酯(Solutol® HS l5),助乳化剂为四氢呋喃、聚乙二醇醚和泊洛沙姆188。

但该微乳也会产生显著的注射痛。

研究表明此注射疼痛是由较多的游离药物引起,而非辅料所致。

虽然微乳已被广泛作为研究脂溶性药物传递的载体,但水分的加入会导致微乳发生相转变,即转变为液晶态(LC) 或粗乳状液(CE)。

Wu 等通过原位相变,考察皮下注射的微乳能否作为药物传递的载体使药物持久释放。

根据伪三相图制备3 种不同相转变行为的微乳,分别为粗乳状液形成的微乳(CE-ME,w/o 型)、高油量液晶态形成的微乳(LC-ME1,o/w 型) 和低油量液晶态形成的微乳(LC-ME2,o/w 型)。

并对兔皮下注射99mTc标记微乳,通过- 闪烁扫描结果绘制释放曲线。

结果表明,LC-ME 在水中形成“仓库”(depot),CE-ME 则迅速在水中分散形成CE,黏度高于ME,但低于LCME形成的LC ;和CE-ME 相比,LC-ME 以一级速率的方式延长99mTc的释放。

体内研究结果显示,LC-ME2 释放最缓慢,其半衰期(T1/2) 是LC-ME12.3 倍。

因此,体内研究结果证明微乳可用作血管外注射的药物传递系统用于持续释放,其在注射部位的滞留和药物的释放速率主要是由相转变而不是微乳的类型或油含量决定的。

虽然注射用控释制剂( controlled-releaseinjectable formulations,CRI) 在药物制剂研究中具有独特的价值,但聚合物的选择、药用辅料的相容性和复杂的扩大生产等,是CRI 产品开发面临的主要挑战。

微乳技术有望解决这些挑战与难题。

微乳除了在开发和制备上具有优势外,还可通过优化处方的组成和特性调节药物在体内的释放行为,从而优化药物的药动学和药效学。

这些特性已被用于延长药物在体内的滞留时间,同时可用来开发和优化那些具有不良的口服药动学性质的药物,进而提高药物的治疗效果。

3

注射用微球给药系统

微球是指药物溶解或分散在高分子材料基质中形成的微小球状实体,常见粒径为1 ~ 500µm,属于基质型骨架微粒。

因其具有释药速率恒定以及可生物降解等优点,已广泛应用于长效注射剂的研制。

近年来,微球给药系统多用于蛋白质、多肽和疫苗等生物技术药物的研究。

全球共上市了10 余个注射用微球产品,而国内也有多种产品处于临床试验阶段,见表3。

微球的制备有多种方法,包括溶剂挥发法、液中干燥法、喷雾干燥法、超临界流体法等。

但利用可生物降解材料包裹生物技术产品所形成的注射用微球所面临的最主要问题是:如何保证生物技术产品在微囊化过程中和最终灭菌后保持其结构完整性和生物活性。

对于蛋白质等生物技术药物来说,由于其易受制备过程,如高压均质、剪切力等影响,改变其结构。

尤其是蛋白质会在水/ 有机溶剂界面发生吸附和变性,降低生物活性。

为避免w/o/w 型乳化法对蛋白质药物的破坏,Marquette 等选择s/o/w 型乳化法制备免疫球蛋白G(IgG) 微球。

首先通过喷雾干燥制备微粉化IgG ;再通过乳化- 溶剂挥发法制备IgG 的乳酸- 羟基乙酸共聚物(PLGA) 微球。

果表明,通过此法制备的IgG PLGA 微球的载药量为6%,包封率为60%,d(0.9) 小于110µm,同时保留了蛋白质抗原IgG 的结构完整性和生物活性。

绝大多数聚合物( 如PLGA 等) 具有温度敏感性,因此无法采用湿热灭菌( 如高压灭菌) 法,且微球粒径过大无法采用过滤除菌。

虽然可采用无菌生产工艺,但增加了生产的成本和复杂性。

前,生产中主要采用- 辐射对微球进行灭菌。

研究表明,该灭菌方法可能会改变所包载药物的释放特性、改变药物在聚合物中的分布;同时,高能量的电离辐射产生的活性氧自由基(reactive oxygenspecies,ROS) 会使聚合物侧链基团氧化、蛋白质肽链断裂、大分子药物构象改变,因而失活。

为此,可采取以下措施避免- 辐射的破坏。

包载小分子药物的微球在低温( 如干冰等) 条件下进行- 辐射灭菌。

②首先用 射线照射空白微球,再将无菌抗原吸附于微球表面。

③清除自由基中间体或抑制其他因电离辐射产生的氧化反应。

④将药物以固态或分子态进行包载,可维持其稳定性,减少结构的变化。

Checa-Casalengua 等分别通过w/o/w、s/o/W1和s/o/W2( 含有抗氧化剂维生素E) 方法制备胶质细胞源性神经营养因子( glial cellline-derived neurotrophic factor,GDNF)PLGA 微球,评价其能否保护药物免受辐射灭菌的破坏。

结果表明,通过s/o/W2法将固态的GDNF 和维生素E 共同包载于PLGA 内形成的微球在低温条件下(-78 ℃ ) 经过- 辐射灭菌仍能保持生物活性

4

注射用纳米粒给药系统

纳米粒是粒径在1~1 000 nm的固态胶体微粒,可分为骨架实体型的纳米球和膜壳药库型的纳米囊两类。

目前,部分处于临床试验中的注射纳米晶体见表4。

由于不同的细胞表面会高度表达特定的配体或受体,根据这些差异,可以对纳米粒表面进行适当修饰,将其制成主动靶向纳米粒,直接靶向肿瘤组织,减小对正常组织的损伤。

Chen 等利用叶酸和穿膜肽R7对长春新碱PLGA- 聚乙二醇(PEG) 纳米粒进行修饰,通过w/o/w 型乳化- 溶剂挥发法制备具有双功能PLGA-PEG 长春新碱纳米粒(BFNPs)

结果表明,BF-NPs 能提高长春新碱的细胞摄取量并延长药物在肿瘤细胞内的滞留时间,且对正常组织损伤较小。

Chen 等用去溶剂化- 化学交联法制备了透明质酸(HA) 修饰的马钱子白蛋白纳米粒(HA-BSA-NPs) 。

体内试验表明,HA-BSANPs与未经修饰的BSA-NPs 在大鼠关节腔内的滞留时间分别为14 和7 d,前者显著提高了药物在关节腔内的累积。

目前,多种具有抗肿瘤和抗血栓作用的药物虽具有良好的药理活性,但由于多种原因而被淘汰。

纳米粒可作为那些具有使用前景但仍面临临床应用障碍的候选药物的有效载体。

西罗莫司(Rapamune®) 具有抑制多种肿瘤细胞增殖和抗血管生成的药理活性,但因其强疏水性[在水中溶解度极低(<1.0 mg/ml)],限制了临床应用。

目前该药物仅被开发为口服制剂,但口服生物利用度低。

Woo 等利用无毒的、可生物降解的甲氧基聚乙二醇- 聚乳酸(mPEG-PLA) 通过简单的静电作用制备了注射用西罗莫司纳米粒。

透射电镜结果显示,该纳米粒表面光滑,呈球形,粒度分布均匀。

SD 大鼠单剂量静注西罗莫司注射液和纳米粒(NPs)的药动学研究结果表明,NPs 组的Cmax较高,绝对生物利用度为注射液组的3 倍。

通过对不同人肿瘤细胞系的体外毒性评价和异种移植A549 肿瘤的裸鼠体内试验表明,NPs 能显著提高西罗莫司对肿瘤细胞的毒性,有效抑制肿瘤体积的增加。

尿激酶(UK) 可用于血栓栓塞性疾病的溶栓治疗,但因具有出血性并发症、半衰期短等缺点而限制其应用。

Jin 等通过离子交联法制备了载有UK的水溶性壳聚糖纳米粒(UK-WCS-NPs),其包封率和载药量为94.8%和14.5% 。

体内药物释放和溶栓研究结果虽然表明UK 组的血药浓度高于NPs组,但UK-WCS-NPs 能达到并维持有效血药浓度,且表现出更好的溶栓效果。

近年来,基因治疗由于在替代功能障碍和肿瘤治疗等方面的潜在应用前景而受关注。

基因治疗的关键问题之一就在于开发安全、有效的基因转染体系,其中一个明显的趋势是采用纳米粒作为非病毒载体。

纳米粒具有持久释放、提高基因靶向特异性和避免病毒载体带来的安全性问题等优势。

Safari等通过聚电解质络合法制备载有绿色荧光蛋白基因(PEGFP) 的N- 二乙基甲基壳聚糖(DEMC) 注射用纳米粒。

将该制品注射入经诱导产生肿瘤的裸鼠体内,用荧光显微镜观察到绿色荧光蛋白基因在肿瘤内高度表达,可见NPs 能有效地将基因转运至靶细胞,提高转染率。

Abedini 等通过制备阳离子葡聚糖- 精胺,并与趋化因子受体4 基因的小干扰RNA 质粒(CXCR-4-siRNA) 通过自组装形成纳米粒,利用siRNA 诱导的CXCR-4 基因沉默研究纳米粒用于治疗转移性结肠直肠癌的疗效。

瘤裸鼠体内试验结果表明,通过NPs 传递的siRNA有效地促进了CXCR-4 基因沉默,显著地降低了CXCR-4 基因的表达。

纳米粒作为药物传递系统,与其他普通的药物制剂相比,疗效往往更显著。

但目前对纳米载体材料安全性的报道很少。Vlasova 等考察了静脉注射无药纳米载体对心血管系统的影响。

通过体内试验,检测纳米载体对血流动力学参数、血管功能和血管张力的影响。

结果表明,纳米载体材料能降低血压及升高心率,且有些种类的纳米载体能阻止血管的扩张和( 或) 改变血管收缩剂或血管扩张剂诱导的响应。

因此,有必要了解其详细的生理学效应,确保用药安全性。

5

注射用原位凝胶给药系统

原位凝胶(in situ hydrogel) 又称即型凝胶,是一类以溶液状态给药后在用药部位发生相转变,由液体固化形成半固体凝胶的制剂。

根据其载体材料在体内的原位固化机制不同,原位凝胶注射剂可以分为4 类:热塑性糊状体、原位交联聚合物体系、原位聚合物沉淀体系和热诱导凝胶体系等。

前,注射用凝胶制剂的研究仍处在初级阶段,上市制剂产品较少,见表5。

原位凝胶的制备方法有多种,主要分为化学交联( 光聚合、酶催化反应等) 和温度、pH 值、离子相互作用、立体复合或互补结合等诱导的物理交联两类。

近期,注射用原位凝胶多用于控制药物的释放和再生医学研究。

 Dorati 等利用牛骨替代颗粒和壳聚糖制备注射用原位形成复合支架(ISFcG),用于骨重建。

结果表明,所制备的ISFcG 能促进细胞的附着和浸润,在模拟生理环境条件(MEM 培养基,pH 7.4,37 ℃ ) 下进行体外培养,该复合支架易于降解,且降解产物无明显的毒性。

随着制剂技术的进一步发展,为达到理想的治疗效果和目的,有研究将原位凝胶与其他制剂技术如包合物、纳米粒等结合形成复合给药体系。

不仅可以直接作为药物的载体,还可以作为其他制剂的传递载体,所形成的复合传递系统可以较好地发挥两种给药系统的优点。

Shaker 等采用溶剂挥发法制备枸橼酸他莫昔芬(tamoxifen citrate,TMC) 磺丁基 -β- 环糊精(SBE-β-CD) 包合物并考察其体外的释放;同时制备以泊洛沙姆为基础的注射用原位凝胶作为TMC-SBE-β-CD 包合物载体,并评价该复合给药系统的体外药物释放和体内药物滞留。

通过优化凝胶处方,可调节该系统溶胶- 凝胶转变温度至(36.5±0.5)℃,接近体温。

体外释放结果表明,局部注射TMCSBE-β-CD/ 凝胶的体外溶出率达到(61.1±0.32)%。

同时,体内结果表明,与单剂量口服TMC 和注射TMC-CD 组相比较,复合凝胶体系在8 h 后使得TMC 在乳腺中具有最高的药物浓度,仅很小一部分凝胶扩散出乳腺组织或肝脏再分布,延长了局部注射给药的滞留时间,达到长效的目的。

Stanwick 等以注射用凝胶材料透明质酸(HA) 和甲基纤维素(MC) 作为营养因子-3(neurotrophin-3,NT-3)PLGA 纳米粒的载体。

外释放结果表明,NT-3 PLGA NPs 在2 ~ 3 d 内出现突释,释放量达到80%,而复合系统体在1 d 内释放20%,明显改善药物突释现象并以线性方式继续释放药物,表现出更优越的缓释特性。

考察了纳米粒制备条件对NT-3 生物活性的影响。

结果表明,纳米粒/ 凝胶复合给药系统能够保持NT-3 完整的三级结构及生物活性,增加其稳定性。

Peng 等联合运用纳米粒和凝胶技术,制备了一种新型的胰岛素(insulin,INS) 缓控释制剂。

含有INS 的磷脂复合物3- 羟基丁酸与3- 羟基己酸共聚酯(PHBHHxx)NPs 包载于注射用可生物降解的壳聚糖/ 甘油磷酸二钠(CS/GP) 水凝胶内,该凝胶系统在37 ℃表现出快速的溶胶- 凝胶相转变。

外释放结果表明,NPs-CS/GP 在8 h 和16 d 时INS的累积释放率分别为5.64%和12.04%,均低于INS-CS/GP 组,显著降低了INS 的释放速率。

对糖尿病大鼠皮下注射该制剂,并与INS-CS/GP 相比较。

结果表明,NP-CS/GP 的降糖作用至少维持5 d,且生物利用度约为INS-CS/GP 组的3 倍,显著提高了INS 的生物利用度。

因此,生物降解的注射用NPCS/GP 凝胶有望开发成新型INS 超长效注射剂,且为其他多肽和蛋白质类药物的长效制剂的开发提供参考。

6

结语

注射给药作用迅速可靠,不受pH 值、酶、食物等影响,无首过效应,可发挥全身或局部定位作用,且剂量准确,是不可替代的一种给药途径。

多年来,基于脂质体、微乳与亚微乳、微球、纳米粒、包合物和原位凝胶等给药系统的新型注射液取得了显著的进展。

其应用前景广泛,可用于抗炎、抗肿瘤和基因治疗等多方面,不少品种已应用于临床。

此外,随着治疗各重大疾病的水溶性差的化合物的发现,水不溶性或难溶性药物的可注射给药系统的研究仍是今后研究的热点。

虽然新型注射液具有较好的临床应用前景和价值,但目前仍存在着一些局限性和问题。

比如,①注射用微球、原位凝胶等给药系统仍存在药物突释现象;

②制备注射液所需要的聚合物浓度较高,对机体具有一定的刺激性,会引起炎症;

③微球、纳米粒等给药系统制备工艺复杂,很难实现工业生产;

④安全、有效的载体种类较少及其体内降解产物是否会引起新的毒性等问题都有待进一步解决和研究。

因此,研究人员仍需针对上述不足,努力开发出更安全有效、稳定的新型注射液产品。

相信随着对新型注射技术研究的不断深入,上述问题将会逐渐解决,新型注射液将会造福人类健康。


说明

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来源:中国医药工业杂志 Chinese Journal of Pharmaceuticals 2016, 47(3)

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