吳 璐， 高文軍， 王 芳， 楊華生

(江西中醫(yī)藥大學(xué)，江西 南昌330004)

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素類藥物不僅可以選擇性抑制和(或)殺滅多種腫瘤細(xì)胞，而且具有很好的耐受性，毒副反應(yīng)也很少［1］，尤其重要的是，它對(duì)多藥耐藥的腫瘤細(xì)胞具有活性［2］。蒿甲醚(artemether)是青蒿素 (artemisinin)的衍生物，研究［3］發(fā)現(xiàn)，蒿甲醚可以降低嗜鉻細(xì)胞瘤(PCI2)細(xì)胞的活性，其主要作用機(jī)制是引起細(xì)胞線粒體的損傷并抑制線粒體呼吸鏈復(fù)合酶I 和Ⅳ的活性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而發(fā)揮抗腫瘤作用。蒿甲醚存在代謝快、作用時(shí)間短、生物利用度低、臨床上服用劑量大、需長(zhǎng)期給藥且復(fù)燃率高等缺點(diǎn)，為解決上述問(wèn)題，將其制成生物降解的納米粒 (nanopaticles)。分式析因設(shè)計(jì) (fractional factorial design)是一種高效率的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，不僅能夠分析各因素內(nèi)部不同水平間有無(wú)差別，還具有分析各種組合的交互作用的功能，能用較小次數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢查大量的因素，并從中找到具有顯著意義的因素。Box-Behnken 設(shè)計(jì)是國(guó)外近年常用的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方法，與國(guó)內(nèi)常用的正交設(shè)計(jì)法及均勻設(shè)計(jì)法相比，具有可采用非線性擬合的特點(diǎn)，其結(jié)果可采用集數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法于一體的效應(yīng)面法 (response surface methodology，RSM )進(jìn)行優(yōu)化［4-8］。本研究在分式析因設(shè)計(jì)優(yōu)選考察因素基礎(chǔ)上采用Box-Behnken 設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法，預(yù)測(cè)蒿甲醚聚乳酸-羥基乙酸共聚物(polylactic-co-glycolic acid，PLGA)納米粒的最佳制備工藝條件。

1 材料

HP1200 型高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent 公司);81-2 型恒溫磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器廠);GB204 電子天平(瑞士梅特勒公司);SARMorius BT 25S 電子天平 (德國(guó)賽多利斯公司);JEM 100CX-II 透射電鏡(日本電子株式會(huì)社);90Plus激光粒度測(cè)定儀(美國(guó)布魯克文儀器公司)。蒿甲醚對(duì)照品(編號(hào)100271-200502，供含量測(cè)定，中國(guó)食品藥品檢定研究院)，乳酸乙醇酸共聚物(PLGA，分子質(zhì)量20 000，濟(jì)南健寶開(kāi)元生物材料有限公司)，聚乙烯醇(PVA，88%醇解度，分子質(zhì)量22 000，比利時(shí)ACROS 試劑公司)，泊洛沙姆188 (上海源葉生物科技有限公司)。乙腈色譜純(Burdick ＆ Jackson 公司)，甲醇色譜純(天津康科德科技有限公司)，雙蒸水。

2 方法與結(jié)果

2.1 蒿甲醚納米粒的制備 采用沉淀法，稱取處方量的蒿甲醚和PLGA，溶于適量丙酮中，形成有機(jī)相。另取一定量的PVA 和泊洛沙姆188 溶于水中，形成水相。在勻速攪拌條件下，將上述有機(jī)相緩緩加入到水相中，40 ℃減壓旋蒸除去有機(jī)溶劑，過(guò)0.8 μm 微孔濾膜，即得。

2.2 包封率、載藥量的HPLC 測(cè)定

2.2.1 色譜條件［9］Cromasil 色譜柱 (5 μm，4.6 mm×250 mm)，以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填合劑;以乙腈-水(65 ∶35)為流動(dòng)相;檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm;體積流量為1.0 mL/min。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線、精密度及回收率 方法學(xué)考察表明輔料對(duì)測(cè)定無(wú)干擾，標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y=10.769X +6.939 4，r = 0.999 7，表明在 (0.124 ～49.6)μg/mL 的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性良好。精密度、穩(wěn)定性、回收率均符合要求。

2.2.3 包封率和載藥量的測(cè)定［10］采用反透析的方法測(cè)定蒿甲醚PLGA 納米粒的包封率和載藥量。取平行操作空白溶液0.5 mL 置于預(yù)先用水飽和透析袋內(nèi)，兩端扎緊，放入制備好的納米粒膠體溶液中(n =3)，于振蕩儀(25 ℃，80 r/min)振搖，透析24 h。精密吸取透析袋內(nèi)液，用高效液相色譜法測(cè)定游離藥物質(zhì)量濃度。包封率和載藥量計(jì)算公式如下:

包封率= ［(投藥量- 游離藥物量)/投藥量］×100%

載藥量=［(投藥量-游離藥物量)/納米粒的質(zhì)量］×100%

2.3 分式析因設(shè)計(jì)

2.3.1 考察因素的選擇與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 從蒿甲醚PLGA 納米粒的制備工藝和處方因素中選擇PVA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、藥物在有機(jī)相中的質(zhì)量濃度(B)、泊洛沙姆188 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(C)、PLGA 與藥物的用量比(D)、水相與有機(jī)相的體積比(E)、攪拌速度(F)為考察因素，以包封率 (Y1)和載藥量(Y2)作為響應(yīng)指標(biāo)，采用Design Expert 7.1.3 設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分式析因設(shè)計(jì)，安排16 (26-2)次試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平表及試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1 和表2。

表1 分式析因設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平Tab.1 Factors and levels in fractional factorial experiment

2.3.2 方差分析與因素的優(yōu)選 采用Design Expert 7.1.3 設(shè)計(jì)軟件對(duì)各因素進(jìn)行擬合及方差分析后得到各因素的回歸系數(shù)和顯著性水平見(jiàn)表3。

表2 分式析因設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Tab.2 Design and results for fractional factorial experiment

表3 各因素的回歸系數(shù)和顯著性水平Tab.3 Regression coefficient and significance level of each factor

2.4 Box-Behnken 設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法優(yōu)化處方工藝

2.4.1 模型擬合及方差分析 在分式析因設(shè)計(jì)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以藥物在有機(jī)相中的質(zhì)量濃度(X1)、泊洛沙姆188 質(zhì)量分?jǐn)?shù)(X2)、PLGA 與藥物的用量比(X3)作為考察因素，以包封率(Y1)和載藥量 (Y2)作為響應(yīng)指標(biāo)，采用 Design Expert7.1.3 設(shè)計(jì)軟件安排3 因素3 水平的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)因素水平表及試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4 ～5。

表4 Box-Behnken 試驗(yàn)因素水平及編碼Tab.4 Levels and codings for Box-Behnken experimental factors

表5 Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Tab.5 Design and results of Box-Behnken experiment

2.4.2 效應(yīng)曲面優(yōu)化及預(yù)測(cè) 利用擬合方程預(yù)測(cè)最優(yōu)處方，由擬合所得模型繪制X1、X2和X3對(duì)Y1和Y2的效應(yīng)曲面圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由Design Expert 7.1.3 分析結(jié)果可知，蒿甲醚納米粒的包封率Y1受X3的影響最為顯著，隨著PLGA 與藥物的用量比值增加，包封率增加;蒿甲醚納米粒的載藥量Y2受X1、X3影響顯著，隨著藥物在有機(jī)相中的質(zhì)量濃度增加，載藥量增加;隨著PLGA 與藥物的用量比值增加，載藥量減少，與單因素試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.4.3 優(yōu)化工藝驗(yàn)證 根據(jù)綜合評(píng)價(jià)，得最佳工藝參數(shù):X1=1.74，X2=2.32，X3=14.38。照此條件制備了3 批蒿甲醚PLGA 納米粒，與模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，3 批制劑所獲得的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值基本一致，偏差的絕對(duì)值均＜10%，結(jié)果見(jiàn)表7，說(shuō)明所建立的擬合模型具有良好的預(yù)測(cè)性。對(duì)最優(yōu)工藝制備的納米粒進(jìn)行粒徑測(cè)定、透射電鏡觀察，結(jié)果見(jiàn)圖2 ～3，蒿甲醚PLGA 納米粒的平均粒徑為135.4nm，多分散性指數(shù)為0.278。

表6 二次多項(xiàng)式回歸方差分析表Tab.6 Variances analyses of two degree polynomial regression

圖1 藥物在有機(jī)相中質(zhì)量濃度與泊洛沙姆188 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包封率和載藥量的影響效應(yīng)曲面圖Fig.1 Response surface graphs of entrapment efficiency and drug loading rate effected by drug concentration in the organic phase and poloxamer 188 concentration

表7 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(±s，n=3)Tab.7 Proof test results (±s，n=3)

表7 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(±s，n=3)Tab.7 Proof test results (±s，n=3)

注:偏差= (預(yù)測(cè)值-實(shí)測(cè)值) ×100%

參數(shù) 預(yù)測(cè)值/% 實(shí)測(cè)值/% 偏差/%Y1 80.16 77.19 ±4.10 3.71 Y2 5.26 5.01 ±4.03 4.75

圖2 蒿甲醚PLGA 納米粒的粒徑分布Fig.2 Size distribution of artemether PLGA nanoparticles

圖3 蒿甲醚PLGA 納米粒的透射電鏡照片(×3 ×104)Fig.3 TEM images of artemether PLGA nanoparticles(×3 ×104)

3 討論

納米技術(shù)的興起與發(fā)展，為攻克疾病治療上的難題帶來(lái)了新的希望。聚乳酸 (polylactic acid，PLA)、聚羥基乙酸(polyglycolic acid，PGA)及它們的聚乳酸-羥基乙酸共聚物PLGA 等聚酯類材料由于具有良好的生物降解性能，是迄今為止研究最多、應(yīng)用最廣的可生物降解的合成高分子材料之一，在納米粒研究中得到廣泛應(yīng)用［11-14］。將蒿甲醚制備成納米制劑能提高蒿甲醚的生物利用度，達(dá)到靶向、緩釋的作用，本實(shí)驗(yàn)對(duì)蒿甲醚納米新型給藥系統(tǒng)的研究提供一定理論基礎(chǔ)。

聚酯型高分子材料作為藥物載體，存在對(duì)成分的選擇性吸附問(wèn)題，藥物主要以兩種方式存在于納米粒中:一種方式是包裹在其中，另一種方式是被吸附于表面。因此，制得的納米粒的包封率和載藥量與載體的性質(zhì)和藥物的性質(zhì)有較大的關(guān)系。藥物與載體的親和力決定了包裹的難易，脂溶性較大的藥物與脂溶性強(qiáng)的載體有較大的親和力，水溶性較強(qiáng)的藥物與脂溶性較小、水溶性較強(qiáng)的載體有較好的親和力;此外，藥物能否與載體形成分子間的共價(jià)鍵、氫鍵等也對(duì)其包載效果有較大的影響。

采用多指標(biāo)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，各指標(biāo)的優(yōu)選條件可能會(huì)相互矛盾，即對(duì)某一指標(biāo)有利的條件可能對(duì)其他指標(biāo)不利，這時(shí)，可采用綜合指標(biāo)(overall desirability)來(lái)考察指標(biāo)的綜合效果。由于本實(shí)驗(yàn)中的2個(gè)指標(biāo)均欲達(dá)到最大值，對(duì)因素水平的選擇趨勢(shì)一致，因此不再采用綜合指標(biāo)來(lái)優(yōu)化工藝。

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