朱利會(huì) ，陳愛(ài)政 ，2，王士斌 ，2

（1華僑大學(xué)化工學(xué)院，福建 廈門(mén) 361021；2華僑大學(xué)生物材料與組織工程研究所，福建 廈門(mén) 361021）

肺部給藥是一種將藥物通過(guò)吸入傳遞到肺部，來(lái)治療肺部疾病或者實(shí)現(xiàn)全身治療的給藥途徑。與經(jīng)注射、口服給藥等相比，肺部給藥具有以下優(yōu)點(diǎn)[1-2]：①吸收表面積大（100 m2）；②毛細(xì)血管豐富、血流量大；③上皮細(xì)胞層薄（0.1～0.2μm）、物質(zhì)交換距離短、藥物吸收屏障小，速度快；④生物代謝酶活性低，無(wú)肝臟首過(guò)效應(yīng)；⑤患者適應(yīng)性好。因此，肺部給藥是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ慕o藥途徑，特別是對(duì)于一些生物利用度低的大分子藥物的傳遞。肺部給藥制劑包括：噴霧劑、定量吸入氣霧劑（MDI）和干粉霧劑（DPI）。噴霧劑的噴射霧化過(guò)程是連續(xù)的，而人的吸氣呼氣是交替進(jìn)行的，易造成藥物浪費(fèi)；MDI則由于拋射劑的選擇限制了其應(yīng)用；DPI依靠患者主動(dòng)吸入，安全無(wú)刺激，但藥物的微細(xì)化關(guān)系到藥物能否實(shí)現(xiàn)有效的肺部沉積。

隨著制劑技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了脂質(zhì)體、納米顆粒、實(shí)心微球、多孔微球等肺部給藥新劑型。脂質(zhì)體與肺表面活性物質(zhì)親和性好，但脂質(zhì)體不穩(wěn)定，會(huì)誘導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生肺部毒性。納米顆粒吸入后往往被呼出體外或被肺泡吞噬細(xì)胞吞噬，通常以下列方式進(jìn)行可吸入給藥[3-5]：①分散在不規(guī)則載體上；②形成“Trojan”顆粒；③鑲嵌在實(shí)心微球中，但仍然只有少部分到達(dá)肺。實(shí)心微球空氣動(dòng)力學(xué)性能差，吸入后易滯留在肺的淺層組織。多孔微球作為新型的藥物載體，具有適合肺部給藥的優(yōu)勢(shì)[6-7]：①比表面積大，密度低；②多孔結(jié)構(gòu)利于藥物的吸附，提高載藥量和包封率，通過(guò)調(diào)整多孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控包載藥物的釋放速度；③粉末性能好，尤其是幾何粒徑（Dg）介于10～30μm之間，空氣動(dòng)力學(xué)粒徑（Da）介于 1～5μm 之間，ρ<0.4g/cm3的多孔微球既能實(shí)現(xiàn)肺部深層靶向，又能避免被吞噬細(xì)胞吞噬。另外，微球高分子材料的選擇也是藥物制劑的關(guān)鍵，常見(jiàn)的有殼聚糖、聚乙內(nèi)酯（PCL）、聚L-乳酸（PLLA）、聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）等[8-11]，其生物相容性好，易加工改性。為保證肺部給藥的有效性，微球的制備尤為重要，因此，本文將以肺部給藥用高分子多孔微球?yàn)楹诵?，重點(diǎn)從多孔微球的制備和改性?xún)纱蠓矫嬲归_(kāi)綜述。

1 肺部給藥載體多孔微球的制備方法

1.1 乳化法

制備多孔微球最傳統(tǒng)的方法是雙重乳化（W/O/W）-溶劑揮發(fā)法，孔洞的形成與有機(jī)溶劑的揮發(fā)及內(nèi)水相的去除有密切關(guān)系，溶劑的種類(lèi)、揮發(fā)速度、內(nèi)水相去除的速度等均會(huì)影響微球的形貌和孔隙率。改良的 W/O/W 法避免了上述諸多因素的影響，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上加入致孔劑來(lái)形成微球內(nèi)部及表面的多孔結(jié)構(gòu)。按成孔機(jī)制，致孔劑包括滲透性致孔劑、泡騰致孔劑、可抽提的致孔劑（如圖1）。

1.1.1 滲透性致孔劑

滲透性致孔劑在乳滴內(nèi)水相形成高滲透壓，吸引水從外水相進(jìn)入內(nèi)水相，成球后內(nèi)水相的水分經(jīng)冷凍干燥移除，微球即呈多孔。常見(jiàn)的滲透性致孔劑有β-丙羥基環(huán)糊精（HP-β-CD）、牛血清蛋白（BSA）、聚乙烯亞胺（PEI）等。其中HP-β-CD不僅可以有效地致孔，而且對(duì)藥物的吸附有一定的促進(jìn)作用，提高藥物穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)藥物從微球的釋放，實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋。利用HP-β-CD作為致孔劑制備的多孔微球，空氣動(dòng)力學(xué)性能（MMAD≈3μm）良好，滿足肺部給藥要求，特別適合包載蛋白質(zhì)、多肽類(lèi)藥物[12-13]。

Lee等[14]用W/O/W法，以BSA為致孔劑制備了PLGA多孔微球，分別調(diào)節(jié)BSA和PLGA的濃度，可以獨(dú)立操控多孔微球的粒徑和孔徑，二者不存在依賴(lài)性；BSA的使用降低了藥物分子胰島素和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的突釋?zhuān)绕浜笳叩木忈寱r(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩周，體現(xiàn)了肺部藥物傳遞系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。Gupta等[15]以PEI為致孔劑制備的PLGA多孔微球，孔隙率隨PEI質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

圖1 3種微球成孔機(jī)制

此方法操作簡(jiǎn)便易行，微球成形性好，粒徑分布比較均勻，但是大多數(shù)情況下，由于其致孔過(guò)程依賴(lài)內(nèi)水相的去除，容易造成藥物分子尤其是水溶性藥物的流失，最終導(dǎo)致多孔微球載藥量降低，無(wú)法達(dá)到理想的藥效，所以此方法在提高載藥量方面的改進(jìn)還有待進(jìn)一步的研究與優(yōu)化。

1.1.2 泡騰致孔劑

泡騰致孔劑致孔原理是在內(nèi)水相中加入碳酸氫銨（ammonium bicarbonate，AB）、過(guò)氧化氫（H2O2）等物質(zhì)，它們?cè)谝欢l件下可以分解產(chǎn)生NH3、CO2或O2等氣體，氣體從乳滴（成球前）或微球（成球后）內(nèi)逃逸，從而在微球內(nèi)部及表面形成多孔結(jié)構(gòu)。

Bae等[16]以 H2O2為致孔劑，采用 W1/O/W2法制備了PLGA多孔微球，其中H2O2含量越高，孔徑越大，孔隙率越高；但該致孔過(guò)程依賴(lài) H2O2的酶解反應(yīng)，酶活性的保持限制了其應(yīng)用。Yang等[1]以AB為致孔劑制備的PLGA多孔微球的Dg是10～20μm，Da是 4.0μm，F(xiàn)PF（粒徑≤4.7μm 的微球百分?jǐn)?shù)）是32.0%；該致孔過(guò)程是由AB分解發(fā)泡引起的，不存在溶質(zhì)的擴(kuò)散作用，因此不會(huì)引起藥物的流失，而且發(fā)泡過(guò)程導(dǎo)致聚合物相的氣壓降低，加速了微球的固化，反而有利于提高包藥物的封率；載藥后微球的各項(xiàng)性能仍然非常符合肺部給藥要求（Dg介于 10～30μm 之間，Da介于 1～5μm 之間）。

目前，此方法是采用最廣泛的微球致孔方法，其中以AB致孔效果最佳，隨著內(nèi)水相中AB的量的逐漸增加，微球的孔隙率，孔徑也在逐漸增加[17-19]。泡騰致孔劑在一定條件下分解產(chǎn)生氣體，可加速微球的固化速率，從而提高了藥物的包封率，但是如何形成開(kāi)放式及更均一的多孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)微球粒徑和孔徑的分別可控，以達(dá)到最佳的肺部靶向效果還有待進(jìn)一步的研究。

1.1.3 可抽提的致孔劑

根據(jù)相似相溶原理，實(shí)心微球包埋的油、脂類(lèi)物質(zhì)被其可溶的溶劑抽提出來(lái)，即可得到多孔微球。Ahmed等[20]用W/O/W法，將甘油單油酸酯包埋在聚合物相，然后由己烷進(jìn)行抽提致孔，得到的微球表面不規(guī)整，球形度相對(duì)較差，這是因?yàn)橛袡C(jī)溶劑揮發(fā)較快，乳化時(shí)外部水相的水?dāng)U散到初始液滴，液滴內(nèi)部膨脹，球形度變差。Arnold等[21]分別以菜籽油、硅油為致孔劑，最后用庚烷來(lái)進(jìn)行抽提致孔，得到的多孔微球都有良好的空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，呈現(xiàn)了良好的肺部靶向效果。

另外，除了油脂類(lèi)物質(zhì)被有機(jī)溶劑抽提，還有油酸鈉等強(qiáng)親水性物質(zhì)被外部水相抽提致孔，其水溶性強(qiáng)，在乳化成球過(guò)程中迅速外流到外水相而形成孔道。Sun等[22]選用油酸鈉為致孔劑，因其具有較高的親水/親油平衡值（HLB=18），很容易快速?gòu)木酆衔锵嗔鞯酵獠克?，形成三維網(wǎng)絡(luò)孔道，并且孔徑的變化依賴(lài)粒徑的變化。

該方法涉及有機(jī)溶劑的萃取加速相分離過(guò)程，存在一定的有機(jī)殘留問(wèn)題，或者由于抽提的時(shí)間掌握不好均會(huì)影響多孔微球的形貌和空氣動(dòng)力學(xué)性能，所以具體的優(yōu)化研究還有待進(jìn)一步探索。以上3種改良的 W/O/W 法制備多孔微球操作均相對(duì)簡(jiǎn)單，結(jié)果各有特點(diǎn)，如果能夠把各種方法的優(yōu)勢(shì)相互結(jié)合，有望制備出粒徑更加均一的多孔微球。

1.2 相分離法

一個(gè)多組分均相體系，在一定的理化條件下從穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化為非穩(wěn)態(tài)，體系由均相分離成多相，這就是相分離。該方法最初是用于多孔膜的制備，隨后，也在乳化的基礎(chǔ)上用于制備多孔微球。Dai等[23]采用非溶劑/溶劑誘導(dǎo)的相分離法制備了表面具有酒窩狀結(jié)構(gòu)的“高爾夫球”狀微球，其空氣動(dòng)力學(xué)性能較差，不適合肺部給藥。Kim等[24]在乳化的基礎(chǔ)上，將Pluronic F127溶液加入到聚合物溶液中，溶劑的揮發(fā)使Pluronic F127相與聚合物相發(fā)生分離，然后洗去Pluronic F127，即得到多孔微球，該方法制備微球簡(jiǎn)單易操作，條件溫和，但是一部分結(jié)晶性高分子材料在一定條件下沒(méi)有適當(dāng)?shù)娜軇?，所以該方法也有一定的局限性?/p>

1.3 靜電噴射技術(shù)

靜電噴射法制備微球是指在高壓條件下，噴射裝置與接收裝置之間形成電場(chǎng)，帶電的噴射液克服自身表面張力的變化劈裂為小的液滴，滴落到接收裝置固化成球。該方法制備微球簡(jiǎn)單高效，制得的微球表面光滑，粒徑分布范圍窄，因帶相同電荷的微球之間相互排斥，微球分散性較好，微球的形貌及粒徑可通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)可控[25-28]。

圖2 高壓靜電抗溶劑法制得的PLLA多孔微球掃描電鏡照片[31]

Zhang等[29]采用靜電噴射法制備的多孔微球粒徑分布為3～20μm，但微球內(nèi)部孔洞貫通性較差，表面多孔開(kāi)放性較差，不適合肺部給藥。本文作者課題組[30-31]采用高壓靜電抗溶劑法制備了甲氨蝶呤（MTX）-PLLA微球，微球球形度、分散性均較好；隨后，在此基礎(chǔ)上加入致孔劑成功制備了多孔微球，結(jié)果表明，多孔微球的Dg為25μm，Da為3.1μm（如圖2），符合肺部給藥用載體的空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)要求（Dg介于 10～30μm之間，Da介于 1～5μm之間）；載藥后多孔微球的空氣動(dòng)力學(xué)性能沒(méi)有明顯變化，仍適合肺部給藥。目前，采用該技術(shù)制備多孔微球的研究相對(duì)較少，工藝的優(yōu)化及如何形成更加均一的多孔結(jié)構(gòu)是制備的關(guān)鍵。

1.4 超臨界流體技術(shù)

超臨界流體指的是處于臨界點(diǎn)以上溫度和壓力下的流體，其密度接近液體，黏度接近氣體，是很好的溶劑。Koushik等[32]]利用該技術(shù)使超臨界-二氧化碳（SC-CO2）包埋于聚合物中，然后降壓使CO2逸出制備了多孔微球，但此方法依賴(lài)CO2的溶脹作用致孔，得到的微球孔隙率太低，空氣動(dòng)力學(xué)性能較差，可能不適合肺部給藥。作者課題組[33-36]根據(jù)近幾年國(guó)內(nèi)外利用該技術(shù)制備多孔微球的進(jìn)展，總結(jié)了該技術(shù)制備多孔微球的幾種不同的機(jī)理，總結(jié)了應(yīng)用CO2抗溶劑原理造粒技術(shù)的研究進(jìn)展，并采用CO2抗溶劑法首次成功制備了高孔隙率的可吸入PLLA多孔微球（如圖3），致孔劑的加入增加了微球的孔隙率，得到的多孔微球Dg為 10～25μm，ρ<0.4g/cm3；載溶菌酶（LSZ）多孔微球的Da<4.7μm，Dg>10μm，均滿足肺部給藥要求，并且LSZ在超臨界過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，依然保持活性。結(jié)果表明，超臨界二氧化碳流體技術(shù)在肺部給藥用高分子多孔微球的制備方面具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，有望得到進(jìn)一步的發(fā)展。

2 肺部給藥載體多孔微球的改性方法

2.1 共混改性

共混改性包括物理共混和化學(xué)共混，其中物理共混是指在聚合物基質(zhì)中混入黏性添加劑，與聚合物基質(zhì)均勻混合共同固化成球，從而改性多孔微球的振實(shí)密度以及空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，還可防止載藥過(guò)程中藥物的泄露，提高多孔微球的載藥量和包封率，調(diào)節(jié)藥物的釋放速率。

Yoo等[37]采用W/O/W法在制備多孔微球的過(guò)程中混入淀粉，結(jié)果表明，改性后多孔微球仍適合肺部給藥，而藥物的釋放由無(wú)淀粉的 2h延長(zhǎng)到 5天，肺部沉積時(shí)間達(dá)20天。Kwon等[12]則在微球中共混二乙酰蔗糖六異丁酸酯，藥物可達(dá)長(zhǎng)效釋放?；瘜W(xué)共混是指在物理共混的基礎(chǔ)上，應(yīng)用靜電絡(luò)合原理，使藥物和微球基質(zhì)靜電絡(luò)合在一起，提高微球的載藥量和包封率，最終調(diào)節(jié)藥物的釋放速率。Lee等分別用帶負(fù)電荷的透明質(zhì)酸[13]和軟骨素硫酸鹽[38]為黏性添加劑改性多孔微球，吸附帶正電的LSZ，結(jié)果表明多孔微球仍可到達(dá)肺深層上皮細(xì)胞；而且藥物緩釋效果顯著，表現(xiàn)為零級(jí)釋藥動(dòng)力學(xué)特征。

2.2 共聚改性

圖3 CO2抗溶劑法制得的PLLA多孔微球的掃描電鏡照片及放大后的表面形貌[35]

單聚物的生物降解行為或物理化學(xué)性質(zhì)往往不理想，故將其單體與其他的聚合物單體共價(jià)聚合，從而提高聚合物的特定性能，使其生物降解性和生物相容性更好。如PLGA即PLLA與PGA共聚而成，其性能變化和組成不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，若組成各為50%的共聚物分子，各種性能出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，相比均聚物而言，降解速度最快，可溶于一般的有機(jī)溶劑，所以調(diào)節(jié)二者比例可以制備出不同的藥物載體[38]。

Patel等[40]在多孔微球包載的藥物模型是小分子量肝素，因其高度溶于水，故用親水片段聚乙烯醇（PEG）來(lái)聚合改性疏水的 PLGA，結(jié)果表明，由于在溶劑揮發(fā)過(guò)程中二者在油水界面的分布不同，共聚物制備的微球表面呈海綿狀多孔，PEG-PLGA微球孔洞效果較好，藥物包封率和載藥量較高，緩釋效果明顯，無(wú)突釋現(xiàn)象。Baimark等[41]制備了甲基 PEG-PCL-PLA（PLA是聚乳酸）多孔微球，微球呈開(kāi)放式多孔，內(nèi)部孔道相互貫通，空氣動(dòng)力學(xué)性質(zhì)較好，符合肺部給藥要求。

2.3 分子修飾改性

作為“多孔微球藥物載體的改性”的衍生技術(shù)，此方法是對(duì)藥物分子進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢硖幚砘蚧瘜W(xué)修飾，使改性后的藥物分子和聚合物基質(zhì)親和性更強(qiáng)，以提高微球的載藥量和包封率。Lee等[42]采用S/W/O/W法，先將藥物蛋白進(jìn)行冷凍干燥，然后乳化制備載藥微球，結(jié)果表明蛋白質(zhì)的生物活性穩(wěn)定而且可以從微球中長(zhǎng)效釋放。

化學(xué)修飾是綜合化學(xué)合成與載體制備的一種前沿性技術(shù)，如圖4所示，Kim等[24]將唾液素-4（Ex4）共價(jià)結(jié)合棕櫚?；鶊F(tuán)（C16），通過(guò)吸附法載入多孔PLGA微球，載藥量有所提高，這是因?yàn)镃16較強(qiáng)的疏水作用易使 Ex4-C16吸附在微球的內(nèi)部及表面；Ex4-C16比未修飾的Ex-4表現(xiàn)出更持久的的降血糖效果，分析原因有：①疏水作用加強(qiáng)了緩釋?zhuān)虎谘喊椎鞍卓膳c C16非共價(jià)結(jié)合，保證了較高的血藥濃度。隨后，該課題組在此基礎(chǔ)上又進(jìn)行了改進(jìn)，首先制備了載有白蛋白的多孔微球，然后再載入 Ex4-C16，藥物緩釋時(shí)間由之前的 5天延長(zhǎng)到 7天[43]。因此，發(fā)揮肺部給藥的優(yōu)勢(shì)將會(huì)為糖尿病等的治療提供有利條件。

圖4 多孔微球的分子修飾改性

2.4 藥物共載

藥物共載同樣作為“多孔微球藥物載體的改性”的衍生技術(shù)之一，逐漸成為研究熱點(diǎn)。藥物共載包括：藥物與關(guān)鍵蛋白質(zhì)共載、藥物與基因共載。藥物與關(guān)鍵蛋白質(zhì)共同載入多孔微球，關(guān)鍵蛋白啟動(dòng)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，與藥物起協(xié)同增效的作用。如腫瘤壞死因子相關(guān)細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）可激活細(xì)胞凋亡，該途徑只在癌細(xì)胞表達(dá)，其靶向治療非小細(xì)胞肺癌正在早期的臨床研究階段[44-45]。TRAIL與化療藥物阿霉素（DOX）等的聯(lián)合治療降低了化療藥物的使用量，減少了毒副作用[46-47]。Kim等[48]將其用于肺部給藥（圖5），采用W/O/W法制備了DOX-PLGA多孔微球，因PLGA中共混帶負(fù)電荷的聚甲基丙烯酸乙酯（PEMA），故用吸附法吸附帶正電的TRAIL。結(jié)果表明，DOX/TRAIL的載藥量分別為86.5%、91.8%，從微球的釋放分別為7 天和3天；TRAIL的加入降低了DOX的IC50，抑瘤效果顯著。

圖5 多孔微球的關(guān)鍵蛋白和藥物共載

Lam等[49]綜述了近幾年利用 siRNA治療肺部疾病的概況，指出該項(xiàng)研究最大的問(wèn)題就是如何防止siRNA被酶解或清除，如何保持有效的肺部傳遞和沉積。然而目前有關(guān)可吸入siRNA治療肺部疾病的研究很少，基因與化療藥物共載研究多集中于以陽(yáng)離子脂質(zhì)體為載體[50]的研究，所以將其用在可吸入多孔微球?qū)⑹且粋€(gè)非常值得挖掘的領(lǐng)域，還有待進(jìn)一步探索。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，肺部給藥用高分子載體從簡(jiǎn)單的單聚合物到共混、共聚改性的聚合體，從單載藥物到共載兩種藥物，已取得了很大的進(jìn)展，但是還有一些問(wèn)題需要更深一步的研究。首先，對(duì)肺部給藥劑型的開(kāi)發(fā)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，首先如何對(duì)多孔微球的粒徑和孔徑進(jìn)行單獨(dú)操控，使其既能有效包埋藥物，又具有良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能；其次，若包載的藥物為蛋白質(zhì)，則其在肺部乃至全身傳遞過(guò)程中必須保持活力，由于蛋白質(zhì)的構(gòu)象問(wèn)題以及特殊的酶解反應(yīng)，其常常比小分子藥物更難發(fā)揮藥效，還有霧化吸入過(guò)程中藥物的滲漏、肺部環(huán)境中囊泡的穩(wěn)定性、藥物在體內(nèi)藥動(dòng)學(xué)的改變等。此外，近年來(lái)肺部給藥已廣泛地開(kāi)展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但臨床試驗(yàn)的研究還相對(duì)較少，藥物載體釋藥后的降解性和安全性還需要得到進(jìn)一步的保證。在多孔微球的制備方面，各種制備方法需互相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，如乳化法與超臨界技術(shù)、靜電噴射技術(shù)結(jié)合，相分離法與靜電噴射技術(shù)結(jié)合，可能會(huì)制備出分散性更好，孔洞更均勻，粒徑分布更窄，更符合肺部給藥的多孔微球；在多孔微球的改性方面，可以嘗試物理改性和化學(xué)改性的結(jié)合，尤其是基因與化療藥物的共載已經(jīng)是腫瘤靶向研究的熱點(diǎn)，而現(xiàn)在有關(guān)多孔微球共載兩種藥物的研究卻相對(duì)較少，故應(yīng)綜合藥用高分子材料、藥劑學(xué)等方面制備性能更加可控的多孔微球。

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