呂超,傅紅興,吳嵐嵐,李慧,劉云西,賈雪超,閆麗
(溫州醫(yī)學院 藥學院,浙江 溫州 325035)
ACA微囊的處方和工藝因素對囊膜通透性及強度的影響
呂超,傅紅興,吳嵐嵐,李慧,劉云西,賈雪超,閆麗
(溫州醫(yī)學院 藥學院,浙江 溫州 325035)
目的:通過考察不同處方和工藝制備的吲哚美辛海藻酸鈉-殼聚糖-海藻酸鈉(ACA)微囊的體外釋放,研究影響囊膜通透性及膜強度的因素。方法:以吲哚美辛為模型藥物,采用不同的交聯(lián)劑氯化鈣、氯化鋇,改變海藻酸鈉、殼聚糖、檸檬酸鈉濃度及制備工藝來制備微囊,以藥物的體外釋放曲線來評價囊膜的通透性,通過超聲破碎評價微囊的強度。結果:影響微囊中藥物釋放的主要因素為處方中的交聯(lián)劑,提高海藻酸鈉、殼聚糖濃度、降低液化囊心時間,微囊通透性下降;氯化鈣為交聯(lián)劑制備的微囊強度較小。結論:通過處方和工藝調節(jié)有望得到通透性和膜強度適宜的ACA微囊。
微囊;通透性;強度;吲哚美辛
微囊化細胞、蛋白質或小肽等藥物進行移植或口服給藥是目前正在發(fā)展的前景廣闊的給藥途徑[1-3],用殼聚糖、聚左賴氨酸包裹海藻酸鈣/鋇芯粒子制備的海藻酸鈉-殼聚糖-海藻酸鈉(ACA)微囊和海藻酸鈉-聚左賴氨酸-海藻酸鈉(APA)微囊廣泛應用于該領域[4-7]。
殼聚糖是一種多功能材料,無毒、化學穩(wěn)定性好。制備海藻膠-殼聚糖微膠囊通常是將海藻酸鈣/鋇芯粒子懸浮在殼聚糖醋酸溶液中成膜[8],制備條件溫和,不需要有機溶劑,適合于有生物活性的蛋白質類藥物,在化工、食品科學等領域也有很好的應用[9-11]。但微囊囊膜的通透性和機械強度是困擾其廣泛應用的兩大因素,文獻對Ca2+和Ba2+用于制備此種含藥微囊有較多報道[12-13],但有關處方和工藝因素對其膜通透性和強度的影響研究報道較少。
本研究以難溶性藥物吲哚美辛為模型藥物,通過不同處方和工藝制備含藥ACA微囊,考察其體外釋放和微囊的超聲強度,研究影響囊膜通透性及膜強度的因素,為開發(fā)具有適宜膜通透性和強度的ACA微囊奠定基礎。
1.1.1 試劑:海藻酸鈉(上海精細化工科技有限公司);氯化鈣(華盛化工試劑有限公司);氯化鋇(西隴化工股份有限公司);吲哚美辛(99.0%,江蘇太倉制藥廠);泊洛沙姆188(F68,德國巴斯夫公司),十二烷基硫酸鈉(SDS,國藥集團化學試劑有限公司);殼聚糖(分子量51000 Da,浙江金殼生物化學有限公司);其余均為分析純。
1.1.2 儀器:D-800LS智能藥物溶出儀(天津大學無線電廠);UV-7502 PC紫外分光光度計(上海欣茂儀器有限公司);磁力攪拌器(上海志威電器有限公司)。
1.2.1 ACA微囊的制備:參考微囊的制備工藝[10-11],將含一定量吲哚美辛的海藻酸鈉溶液通過滴管滴至100 mmol/L的氯化鈣或氯化鋇溶液中反應形成海藻酸鈣/鋇膠珠;用0.9%氯化鈉溶液洗滌3次,棄去上清液得到膠珠I;加入殼聚糖溶液10 mL,反應一定時間,用0.9%氯化鈉溶液洗滌3次,棄去上清液得到膠珠II;再將膠珠II混懸于0.15%的海藻酸鈉溶液中反應一定時間,用0.9%氯化鈉溶液洗滌3次,棄去上清得到膠珠III;將膠珠III混懸于枸櫞酸鈉溶液中液化囊心,用0.9%氯化鈉溶液洗滌3次,得到含吲哚美辛的ACA微囊IV。
選擇不同的處方和工藝,將制備得到的不同膠珠和微囊分別進行釋放度測定,考察微囊的通透性;并對微囊進行超聲破碎和膨脹率測定,考察其囊膜強度。
1.2.2 吲哚美辛含量測定方法的建立:吲哚美辛在1%十二烷基硫酸鈉溶液中溶解度約為0.9 mg·mL-1。藥物在十二烷基硫酸鈉水溶液中紫外掃描結果顯示,在265 nm處有較好吸收。精密稱取吲哚美辛原料制備標準曲線,以吸光度(A)對濃度(μg·mL-1)作圖,得到的標準曲線方程為:C(μg·mL-1)=23.706 A-0.6215,r=0.9999,說明藥物在濃度2.5~30.0 μg·mL-1范圍內線性良好,確定了藥物的紫外測定方法。
1.2.3 囊膜強度的評價:①超聲破碎:選取20個微囊置于蒸餾水中,在80 W功率下超聲,觀察不同時間微囊的破損率。②膨脹率:文獻報道也可用膨脹率S表示微囊強度[2]。膜強度與膨脹率成反比。
注:Dt:微膠囊的平均直徑;D0:微膠珠的平均直徑
1.2.4 囊膜通透性的評價:以吲哚美辛藥物的體外釋放快慢來評價微囊膜的通透性。按照《中華人民共和國藥典》2010年版二部釋放度測定方法第一法,以500 mL 1%的十二烷基硫酸鈉水溶液為釋放遞質,轉速100 r·min-1,溫度(37.0±0.5)℃,分別于不同時間取樣5 mL,同時補充等體積同溫釋放遞質,于265 nm處測吸光度,以空白釋放遞質調零,計算藥物的累積釋放百分率,并畫出藥物累積釋放曲線圖。
2.1 ACA微囊的外觀性狀 本方法制備的吲哚美辛ACA微囊外觀均為白色、圓整的小球,直徑約為4.0 mm,大小均勻,但肉眼觀察以氯化鋇為交聯(lián)劑的微囊比以氯化鈣為交聯(lián)劑制得的微囊表面光滑。
2.2 不同配方和工藝制備得到的吲哚美辛ACA微囊通透性考察
2.2.1 不同金屬離子交聯(lián)劑的影響:處方一:用1.5%海藻酸鈉與100 mmol/L CaCl2溶液中反應10 min,加入0.3%殼聚糖溶液反應5 min,再將微珠混懸于0.15%海藻酸鈉溶液中5 min,用55 mmol/L枸櫞酸鈉溶液液化囊心5 min;處方二:用1.5%海藻酸鈉與100 mmol/L BaCl2溶液反應10 min,其余處方和工藝同處方一。
對處方一和處方二不同制備階段得到的膠珠和微囊進行釋放度測定,得到的釋放曲線見圖1。
圖1 不同金屬離子交聯(lián)劑制備的各階段膠珠和微囊的藥物平均累積釋放結果
由圖1可知,以氯化鈣為交聯(lián)劑得到的各階段膠珠藥物釋放均比以氯化鋇為交聯(lián)劑的快。以氯化鈣為交聯(lián)劑,藥物膠珠在液化囊心后釋放最快,說明液化囊心對微囊的藥物釋放有較大影響;而該趨勢在以氯化鋇為交聯(lián)劑得到的各階段膠珠中變化不明顯,提示以Ba2+為交聯(lián)劑得到的各階段膠珠膜孔均較致密。
2.2.2 海藻酸鈉、殼聚糖和檸檬酸鈉濃度對ACA微囊藥物釋放的影響:為研究影響囊膜通透性的處方因素,本研究在處方一中選擇與氯化鈣反應的海藻
酸鈉濃度分別為1.5%、1.6%、1.8%、2.0%,殼聚糖濃度為0.1%、0.3%、0.5%,檸檬酸鈉濃度為70、55、40 mmol/L,其余不變,得到的ACA微囊D的藥物釋放曲線見圖2。
圖2 不同配方因素制備的ACA-吲哚美辛微囊的藥物平均累積釋放結果
由圖2可知,海藻酸鈉濃度越高,藥物釋放越慢,增加殼聚糖和檸檬酸鈉的濃度,也可使藥物釋放速率減慢,此可能解釋為囊膜的通透性與海藻酸鈉與氯化鈣的交聯(lián)程度、殼聚糖與氯化鈣的置換程度呈正相關,而與檸檬酸鈉液化囊心的程度呈負相關。
2.2.3 不同制備工藝對ACA微囊藥物釋放曲線的影響:以Ca2+為交聯(lián)劑,分別選擇海藻酸鈉與氯化鈣反應時間為2、4、7 min,與殼聚糖反應的時間為3、5、8 min,液化囊心時間為3、4、5、6 min得到的ACA-Ca微囊D的藥物釋放曲線圖見圖3。
圖3 不同工藝因素制備的ACA-吲哚美辛微囊的藥物累積釋放結果
由圖3可知,海藻酸鈉與氯化鈣反應的時間不同,檸檬酸鈉液化囊心的時間在4~6 min內,藥物的累積釋放速率并沒有顯示相應的變化,說明此工藝條件下ACA微囊的性質并無大改變,但液化囊心時間為3 min時,藥物釋放較慢,可能為檸檬酸鈉液化囊心不完全,藥物要透過海藻膠形成的屏障,到達囊膜外。
2.3 微囊強度 根據(jù)“2.2”的結果,我們選擇配方一與配方二的不同交聯(lián)劑制備的ACA微囊D進行膨脹率和超聲破碎實驗比較,結果如表1。
表1 氯化鈣和氯化鋇為交聯(lián)劑制備的微囊膨脹率及超聲破碎率比較
從表1可以看出,以氯化鈣為交聯(lián)劑制備的微囊與以氯化鋇為交聯(lián)劑制備的微囊相比,膨脹率較高,而囊膜強度比氯化鋇為交聯(lián)劑的低。
ACA微囊的開發(fā)具有廣闊的市場前景。ACA微囊的制備方法文獻報道較多,配方濃度和反應時間也有不同報道,因此導致處方不均勻,本研究有助于各微囊研究人員進行微囊相關藥物的開發(fā)提供通透性和強度變化因素的參考。
處方中交聯(lián)劑Ca2+、Ba2+的選擇對囊膜的通透性有較大影響;海藻酸鈉、殼聚糖濃度的提高使囊膜的通透性下降,而檸檬酸鈉濃度的提高則使囊心液化的程度提高,囊膜也可能被部分液化,使藥物釋放加快;在一定范圍內改變海藻酸鈉與氯化鈣反應時間、海藻酸鈣膠珠與殼聚糖反應時間和檸檬酸鈉液化囊心時間,藥物累積釋放曲線均無明顯改變,但縮短液化囊心時間,則微囊液化囊心不充分,藥物釋放速率較慢。
本實驗中筆者也曾用過氯化鎂和殼聚糖直接作為第一步反應的交聯(lián)劑,但海藻酸鈉與兩者反應10 min后,得到的膠珠強度均太低,只在海藻膠珠外形成一層薄膜。此外在殼聚糖溶液中添加不同濃度的泊洛沙姆188做致孔劑,調節(jié)氯化鋇和氯化鈣不同濃度制備ACA吲哚美辛微囊,但藥物的釋放均不受影響。微囊最終在藥物釋放后溶解于釋放遞質中,因此顯示了該微囊很好的降解性能。
[1] Lim F,Sun A M.Microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas[J]. Science,1980,210(4472):908-910.
[2] Soon-shiong P,Feldman E,Nelson R,et al.Long-term reversal of diabetes by the injection of immunoprotected islets[J].Proc Natl Acad Sci,1993,90(12):5843-5847.
[3] Chen H, Ouyang W, Jones M,et al.In-vitro analysis of APA microcapsules for oral delivery of live bacterial cells[J].J Microencapsul,2005,22(5):539-547.
[4] Li Q,Dunn ET,Grandmaison EW,et al.Applications and properties of chitosan[J]. Bioact Comp Polym,1992,7(4):370-397.
[5] Kokufuta E, Shimizu N, Tanaka H,et al. Use of polyelectrolyte complex-stabilized calcium alginate gel for entrapment of β-amylase[J]. Biotechnol Bioeng,1988,32(6):756-759.[6] Rilling P, Walter T, Pommersheim R,et al. Encapsulation of cytochrome C by multilayer microcapsules. A model for improved enzyme immobilization[J]. Membr Sci,1997,129(2):283-287.
[7] Hari PR, Chandy T, Sharma CP. Chitosan/calcium alginate microcapsules for intestinal delivery of nitrofurantoin[J]. J Microencapsul,1996,13(3):319-329.
[8] Gserd O, Sannes A, Skjk-Braek G.Microcapsules of alginate-chitosan.II. A study of capsule stability and permeability[J]. Biomaterials,1999,20(8):773-783.
[9] Emel O, Nihal S, Erhan C. Encapsulation of phase change materials by complex coacervation to improve thermal performance of woven fabrics [J]. Thermochimica Acta,2008(467):63-72.
[10]王康,何志敏.海藻酸微膠囊的制備及在藥物控釋中的研究進展[J].化學工程,2002,30(1):48-52.
[11] 孟慶廷,陳萬東.殼聚糖-海藻酸鈉葉綠素亞鐵微膠囊的制備及緩釋性能研究[J].食品科學,2010,31(20):137-140.
[12]Zekorn T, Siebers U, Horcher A,et al.Barium-alginate beads for immunoiso-lated transplantation of islets of Langerhans[J].Transplant Proc,1992,24(3):937-939.
[13] 邱麗媛,郭希民,段翠密,等.海藻酸鋇-多聚賴氨酸-海藻酸微囊植入大鼠體內的生物相容性的實驗研究[J].生物醫(yī)學工程研究,2007,26(2):159-161.
R944
B
1000-2138(2012)01-0075-04
2011-08-08
國家自然科學基金資助項目(81071277);浙江省自然科學基金資助項目(Y2080915);浙江省大學生科技創(chuàng)新活動資助項目(2011R413006)。
呂超(1988-),男,安徽亳州人,本科生。
傅紅興,藥劑學碩士,講師,Email:hx_fu79@163.com。
丁敏嬌)
·論 著·