徐 斌,浦雨偉,周 衛(wèi),丁逸梅,2,盧定強(qiáng),2(.南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院,南京 20009;2.江蘇省藥物研究所有限公司,南京 20009;.中國藥科大學(xué)藥學(xué)院,南京 20009)
星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法優(yōu)化米拉貝隆緩釋片處方
徐 斌1,2*,浦雨偉1,周 衛(wèi)3,丁逸梅1,2,盧定強(qiáng)1,2(1.南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院,南京 210009;2.江蘇省藥物研究所有限公司,南京 210009;3.中國藥科大學(xué)藥學(xué)院,南京 210009)
目的:優(yōu)化米拉貝隆緩釋片處方。方法:采用聚氧乙烯(PEO)和羥丙甲基纖維素(HPMC K4M)為緩釋骨架材料,以粉末直壓法制備米拉貝隆緩釋片。以1、3、5、7 h的累積釋放度為指標(biāo),采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法優(yōu)化處方中PEO、HPMC K4M和包衣液(OPADRY?)的用量,并進(jìn)行驗(yàn)證。比較所制緩釋片與原研片(MyrbetriqTM)在不同pH介質(zhì)(水、pH 1.0的人工胃液、pH 4.5醋酸鹽緩沖液、pH 6.8磷酸鹽緩沖液)中不同轉(zhuǎn)速(100、50 r/min)下的累積釋放度,計(jì)算相似因子f2,擬合緩釋片的釋藥模型。結(jié)果:優(yōu)化處方中每片米拉貝隆緩釋片含米拉貝隆25 mg、PEO 108.02 mg、HPMC K4M 21.69 mg、OPADRY?2.27%;其1、3、5、7 h的累積釋放度與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為4.78%、3.48%、0.69%、-1.41%。所制緩釋片與原研片在不同pH介質(zhì)中和不同轉(zhuǎn)速下釋放曲線的f2均大于65;緩釋片釋藥符合零級(jí)釋藥特征。結(jié)論:優(yōu)化處方制備的米拉貝隆緩釋片與原研片的釋放行為相似。
米拉貝隆;緩釋片;星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法;處方優(yōu)化;累積釋放度
米拉貝?。∕irabegron)為白色粉末,易溶于甲醇、二甲基亞砜,幾乎不溶于水(0.082 mg/ml)。其屬于芳乙醇胺類新型選擇性β3腎上腺素受體激動(dòng)藥,作用于膀胱逼尿平滑肌β3腎上腺素受體,使膀胱舒張,促進(jìn)膀胱充盈并增加儲(chǔ)尿量,能有效減少排尿次數(shù),改善膀胱活動(dòng)過度引起的尿頻、尿急和尿失禁等,是此類中首個(gè)用于治療膀胱活動(dòng)過度癥(OAB)的藥物。米拉貝隆口服50 mg/d后迅速吸收,tmax為3~5 h,cmax為24~26 ng/mL,終末半衰期約為50 h,口服生物利用度約為35%,效應(yīng)呈劑量依賴性增加。該藥主要經(jīng)水解酶代謝,部分經(jīng)葡萄糖醛酸軛合反應(yīng)及細(xì)胞色素P450(CYP)代謝,主要以原型經(jīng)尿液和糞便排出體外,部分經(jīng)呼吸排出[1]。米拉貝隆片劑由日本安斯泰來(Astellas)制藥公司開發(fā),商品名MyrbetriqTM,上市規(guī)格為25 mg和50 mg,于2011年9月16日在日本上市,2012年6月28日經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)用于治療成年人OAB。米拉貝隆為OAB患者提供了新的治療方案,且臨床藥效較好[2]。
米拉貝隆目前在國內(nèi)尚無上市,對(duì)米拉貝隆的合成工藝研究已有文獻(xiàn)報(bào)道,但制劑研究報(bào)道較少。本研究采用星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法優(yōu)化米拉貝隆緩釋片處方,以原研片劑MyrbetriqTM作為參比制劑,比較自制緩釋片與參比制劑體外釋放行為的相似性。
1.1 儀器
C&C600B型單沖式壓片機(jī)(北京創(chuàng)博佳維科技有限公司);YD-20型片劑硬度儀、RC806型溶出試驗(yàn)儀(天津天大天發(fā)科技有限公司);LC-2010AHT型高效液相色譜儀、2010A型紫外檢測(cè)器和島津工作站(日本Shimadzu公司)。
1.2 藥品與試劑
米拉貝隆對(duì)照品(批號(hào):141101,純度:99.71%)及其原料藥(批號(hào):150105,純度:>98%)均由南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院提供;MyrbetriqTM(日本Astellas Pharma Technologies公司,批號(hào):F1400110,規(guī)格:每片25 mg);聚氧乙烯(PEO,型號(hào):WSR N80)、羥丙甲纖維素(HPMC K4M)、歐巴代胃溶型薄膜包衣液(OPADRY?)均購自上??房蛋录夹g(shù)有限公司;硬脂酸鎂(安徽山河藥用輔料有限公司,藥用級(jí));磷酸、磷酸二氫鉀為分析純;乙腈、庚烷磺酸鈉為色譜純;水為去離子水。
2.1 米拉貝隆緩釋片的制備
按處方量稱取已過80目篩的米拉貝隆原料藥與HPMC K4M、PEO,采用等量遞增法混合均勻,加入適量助流劑硬脂酸鎂。按每片片質(zhì)量約250 mg、含米拉貝隆25 mg的規(guī)格,采用橢圓形8 mm×16 mm淺凹沖模,粉末直接壓片,硬度控制在8~10 kg/cm2,以O(shè)PADRY?包衣后,即得。
2.2 米拉貝隆含量測(cè)定方法的建立
2.2.1 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取米拉貝隆對(duì)照品10 mg,置于100 mL量瓶中,用甲醇溶解并稀釋定容;精密量取1.0 mL,置于10 mL量瓶中,用釋放介質(zhì)稀釋定容至刻度,即得。
2.2.2 色譜條件 色譜柱:Cosmosil C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動(dòng)相:10 mmol/L庚烷磺酸鈉+20 mmol/L磷酸二氫鉀溶液(用磷酸調(diào)節(jié)pH至3.0)-乙腈(75∶25,V/V),流速:1.0 mL/min;檢測(cè)波長(zhǎng):250 nm;柱溫:35℃;進(jìn)樣量:20 μL。
2.2.3 方法學(xué)考察 按相關(guān)方法進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示,所用輔料均對(duì)米拉貝隆測(cè)定無干擾,其出峰時(shí)間為7.4 min。拉米貝隆的檢測(cè)質(zhì)量濃度的線性范圍為2.818~36.63 μg/mL,峰面積(A)對(duì)質(zhì)量濃度(c)的回歸方程為A=6.619 4c+1.682×103(r=0.999 9);精密度試驗(yàn)中RSD=0.07%(n=6);穩(wěn)定性試驗(yàn)中樣品溶液室溫放置24 h的峰面積RSD=0.25%(n=6);低、中、高質(zhì)量濃度(10.02、25.05、32.56 μg/mL)的質(zhì)控溶液的平均回收率分別為99.78%、100.6%、98.97%,RSD分別為0.87%、1.14%、1.07%(n=3),均符合相關(guān)要求。
2.3 釋放度的測(cè)定方法
按2015年版《中國藥典》(四部)通則0931溶出度與釋放度測(cè)定第一法[3],以脫氣的pH 6.8磷酸鹽緩沖液(PBS)900 mL為釋放介質(zhì),轉(zhuǎn)速為100 r/min,溫度為(37±0.5)℃,分別于1、3、5、7、8.5、10、12 h取樣10 mL,同時(shí)補(bǔ)充等量等溫釋放介質(zhì)。取樣液經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾,濾液按“2.2”項(xiàng)下方法測(cè)定米拉貝隆含量,計(jì)算累積釋放度(Q)。
2.4 星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法優(yōu)化處方
2.4.1 釋放因素考察 本研究采用單因素試驗(yàn)對(duì)處方各因素進(jìn)行了預(yù)試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),米拉貝隆緩釋片體外釋放行為受PEO、HPMC和包衣液(OPADRY?)用量影響較大。根據(jù)原研片Q7h>90%,確定本研究以Q1h、Q3h、Q5h、Q7h為指標(biāo),將自制緩釋片與參比制劑(MyrbetriqTM)的體外釋藥行為采用相似因子法(f2)進(jìn)行比較。f2=50·其中,Rt和Tt分別代表自制緩釋片和參比制劑第t點(diǎn)的平均累積釋放度,n為測(cè)試點(diǎn)數(shù)。當(dāng)f2>50時(shí)認(rèn)為二者釋放行為相似,f2的數(shù)值越大,釋放行為相似度越高[4]。
2.4.2 星點(diǎn)設(shè)計(jì) 采用星點(diǎn)設(shè)計(jì),以X1(PEO,mg)、X2(HPMC K4M,mg)、X3(包衣液,%)的用量進(jìn)行3因素5水平的優(yōu)化試驗(yàn),在前期單因素基礎(chǔ)上確定每片用量?jī)?yōu)化范圍X1:70~140 mg,X2:10~40 mg,X3:1%~5%;以Q1h、Q3h、Q5h、Q7h為指標(biāo),采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行分析。星點(diǎn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1,星點(diǎn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。
表1 星點(diǎn)設(shè)計(jì)因素與水平Tab 1 Factors and levels of central composite design
2.4.3 模型擬合 采用Design Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸,并以方程復(fù)相關(guān)系數(shù)(R2)和置信度(P)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。擬合結(jié)果顯示,二次多項(xiàng)式模型為最佳擬合模型,各方程如下:Q1h=46.474 89-0.465 73X1+0.017 019X2-3.084 70X3-0.000 188 552X1X2+0.013 427X1X3-0.001 648 64X2X3+0.001 555 3X12-0.001 266 22X22+0.128 59X32(R2=0.968,P=0.006 1);Q3h=84.043 76-0.799 69X1+1.288 41X2-3.565 54X3-0.002 841 75X1X2+0.081 469X1X3- 0.146 26X2X3+ 0.001 805 61X12-0.016 567X22-0.287 96X32(R2=0.970,P=0.005 8);Q5h=112.022 76-0.034 737X1-2.296 55X2+ 1.748 91X3-0.000 781 144X1X2+0.007 066 74X1X3-0.068 536X2X3-0.000 099 724 5X12+0.023 519X22-0.037 987X32(R2=0.992,P=0.003 3);Q7h=55.651 21+ 0.324 72X1+2.283 06X2+6.543 82X3-0.009 791 24X1X2-0.008 076 27X1X3-0.128 83X2X3-0.000 059 934 9X12-0.043 231X22-0.432 95X32(R2=0.967,P=0.004 8)。由優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的參數(shù)可知,3個(gè)因素中,釋放前、中期(Q1h、Q3h)X1和X3的系數(shù)均為負(fù),說明二者對(duì)釋放度的影響是同向的,在釋放前期(Q1h)X1和X3對(duì)釋放度影響極顯著(P<0.01),X2對(duì)釋放度影響較?。会尫胖衅冢≦3h)X1和X2對(duì)釋放度影響極顯著(P<0.01),X3對(duì)釋放度幾乎未見影響(P>0.05);釋放中后期(Q5h)X2對(duì)釋放度影響極顯著(P<0.01),X1影響較??;釋放后期(Q7h)除X2對(duì)釋放度有極顯著影響外(P<0.01),X1和X3對(duì)釋放度幾乎未見影響(P>0.05)。同時(shí)R2值(均大于0.9)和P值(均小于0.05)亦表明模型的擬合程度良好、代表性好,可用來分析和預(yù)測(cè)米拉貝隆緩釋片的處方。
表2 星點(diǎn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Tab 2 Design and results of central composite
2.4.4 響應(yīng)面分析 Q1h、Q3h、Q5h、Q7h與3個(gè)因素的響應(yīng)面圖見圖1(無明顯影響的圖略)。
由1 h釋放情況可知,當(dāng)X2不變時(shí),響應(yīng)面隨X1和X3的增加而下降,而X2變化對(duì)釋放速率影響不顯著。同理分析可知,3 h和5 h的釋放速率受X1和X2相互影響,要使Q達(dá)到最佳值,需要將X1和X2優(yōu)化到合適的比例。7h響應(yīng)面與5 h響應(yīng)面相比,區(qū)分度明顯增強(qiáng),說明7 h骨架材料的控釋能力有所減弱,可能是因?yàn)橛H水凝膠X1已基本全部溶蝕,整個(gè)骨架已變得松散。
圖1 Q1h、Q3h、Q5h、Q7h與3個(gè)因素的響應(yīng)面圖Fig 1 Response surface plot of Q1h,Q3h,Q5h,Q7hto 3 factors
2.4.5 處方優(yōu)化與驗(yàn)證 為驗(yàn)證所建立模型的預(yù)測(cè)能力,將MyrbetriqTM的Q1h、Q3h、Q5h、Q7h作為目標(biāo)值,經(jīng)Design Expert 8.0.6軟件處理,優(yōu)選處方區(qū)域?yàn)槊科桌惵【忈屍蠿1為91.53~108.02 mg,X2為21.50~23.06 mg,X3為2.25%~4.19%。對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,在Design Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)的輔料配比中,X2、X3變化范圍較小,因此選擇對(duì)X1的高、中、低3個(gè)用量處方進(jìn)行驗(yàn)證。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)處方每片輔料(PEO、HPMC K4M、包衣液)配比依次分別為:108.02 mg、21.69 mg、2.27%,95.36 mg、22.29 mg、3.68%,91.53 mg、23.06 mg、4.19%。首先將PEO、HPMC K4M和主藥充分混合均勻,再加適量硬脂酸鎂混勻,粉末直接壓片,硬度8~10 kg,包衣,測(cè)定釋放度。采用f2法比較測(cè)定值與預(yù)測(cè)值的相似性,結(jié)果見表3。
表3 處方優(yōu)化結(jié)果Tab 3 Results of validation test
由表3可知,f2較大的1號(hào)處方為米拉貝隆緩釋片最優(yōu)處方:每片含米拉貝隆25 mg、PEO 108.02 mg、HPMC K4M 21.69 mg、OPADRY?2.27%。對(duì)3批自制緩釋片在不同介質(zhì)(水、pH 1.0的人工胃液、pH 4.5醋酸鹽緩沖液、pH 6.8磷酸鹽緩沖液)中不同轉(zhuǎn)速(100、50 r/min)下的累積釋放度進(jìn)行測(cè)定,取均值與MyrbetriqTM進(jìn)行比較。結(jié)果顯示,在不同介質(zhì)和不同轉(zhuǎn)速下自制緩釋片與市售MyrbetriqTM的f2均大于65,表明自制樣品的釋藥行為與MyrbetriqTM基本一致。2種樣品在不同pH介質(zhì)中不同轉(zhuǎn)速下的釋放比較見表4。
表4 2種樣品在不同pH介質(zhì)中不同轉(zhuǎn)速下的釋放比較(n=6)Tab 4 Comparison of the release of 2 samples in different pH mediums at different rotation rates(n=6)
2.5 釋藥機(jī)制
藥物釋放度曲線擬合的模型主要有4種[5]:零級(jí)釋放模型、一級(jí)釋放模型、Higuchi方程、Ritger-pappas方程。對(duì)米拉貝隆緩釋片的體外釋藥數(shù)據(jù)(Q1h、Q3h、Q5h、Q7h)進(jìn)行擬合,結(jié)果見表5。
由表6顯示,米拉貝隆緩釋片按Ritger-Pappas方程擬合的r最大。Ritger-Pappas模型中的n描述了釋放機(jī)制:當(dāng)n≤0.45時(shí),藥物主要以Fick擴(kuò)散機(jī)制釋放;當(dāng)0.45<n<0.89時(shí),藥物以擴(kuò)散和溶蝕并存的方式釋放;當(dāng)n>0.89時(shí),藥物主要以溶蝕方式釋放。同時(shí),n也可以反映藥物釋放動(dòng)力學(xué)方面的情況:當(dāng)n>0.66時(shí),藥物以零級(jí)動(dòng)力學(xué)釋放為主[6]。表5中n=1.140 8>0.89,表明米拉貝隆緩釋片釋藥機(jī)制主要以溶蝕方式釋放,呈現(xiàn)零級(jí)釋藥特征。
表5 米拉貝隆緩釋片的釋藥模型擬合結(jié)果Tab 5 Fitting result of drug release model of Mirabegron sustained-release tablet
3.1 骨架材料的選擇
市售片的骨架材料主要以PEO為主,PEO作為親水凝膠骨架材料具有優(yōu)良的流動(dòng)性和可壓性,按分子質(zhì)量大小有多種規(guī)格。通常對(duì)于水溶性較大的藥物,其釋藥方式主要以凝膠擴(kuò)散機(jī)制為主;溶解度較小藥物,其釋藥方式主要依靠骨架的膨脹和溶蝕。米拉貝隆為難溶性藥物,在水中幾乎不溶,因此選擇低分子質(zhì)量PEO為主要骨架材料,但單獨(dú)應(yīng)用PEO釋藥行為難以達(dá)到接近零級(jí),因此加入適量HPMC K4M聯(lián)合使用[7]。PEO和HPMC K4M在吸水性、膨脹性、溶蝕性和凝膠強(qiáng)度各項(xiàng)性質(zhì)參數(shù)上差異較大,本研究通過星點(diǎn)設(shè)計(jì)效應(yīng)面法優(yōu)化調(diào)整處方中的PEO、HPMC K4M的用量比例,使藥物避免出現(xiàn)釋藥前期釋放較快的現(xiàn)象,在控制骨架片初始釋藥量的同時(shí)又能保證其最終釋藥完全,使骨架片的體外釋放更加平穩(wěn)[8]。
3.2 處方工藝的優(yōu)化
米拉貝隆親水凝膠骨架片中PEO用量較大,如果濕法制粒,制得軟材會(huì)比較黏連、易結(jié)塊,制粒時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量較大的硬顆粒,難以過篩,不便于操作。本研究選取的PEO為顆粒型,可壓性和流動(dòng)性優(yōu)良,可采用粉末直接壓片。這樣既有利于操作,又可以避免濕法制粒在干燥時(shí)可能產(chǎn)生的二次污染。PEO有一定的引濕性,市售片通過包薄膜衣保證了其穩(wěn)定性,根據(jù)其薄膜衣內(nèi)容,本研究選取與其相似的OPADRY?進(jìn)行包衣,并通過星點(diǎn)設(shè)計(jì)考察了其用量對(duì)前期釋放的影響,獲得一個(gè)優(yōu)化水平范圍。
3.3 釋藥行為與釋藥機(jī)制
低分子質(zhì)量PEO水化和溶蝕速度快,膨脹性能優(yōu)良。處方中其他條件不變時(shí),PEO的用量對(duì)藥物的釋放有顯著影響,PEO用量越小,前期藥物釋放越快[9]。將PEO與高黏度的HPMC K4M合用既可以使阻滯釋放的凝膠層迅速形成,又可使擴(kuò)散前沿和溶蝕前沿同時(shí)向片心移動(dòng),兩者的相互作用調(diào)節(jié)了藥物的釋放速度,避免了突釋。在釋放中期吸水飽和的PEO水凝膠與HPMC K4M一起形成相對(duì)穩(wěn)定的水凝膠層,藥物的釋放隨著骨架的逐漸溶蝕而進(jìn)行;隨著藥物濃度下降以及PEO水凝膠的逐漸溶蝕,保證了藥物的平穩(wěn)釋放。在釋藥后期藥物濃度顯著下降,由于飽和的PEO水凝膠大部分已經(jīng)溶蝕,加快了藥物的釋放速率,此時(shí)藥物的釋放主要受HPMC K4M控制,HPMC K4M用量對(duì)后期釋放的影響起主導(dǎo)作用。在整個(gè)藥物釋放過程中,PEO與HPMC K4M兩者的相互作用,避免了在釋放前期發(fā)生突釋,而溶蝕型骨架又使得藥物在后期可完全釋放[10]。Ritger-Pappas方程的擬合結(jié)果(r=0.997 9,n=1.140 8)亦表明,米拉貝隆緩釋片釋藥主要為溶蝕,釋藥行為呈現(xiàn)零級(jí)釋藥特征。
本文通過星點(diǎn)設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行擬合分析,建立了PEO、HPMC K4M和包衣液用量與緩釋片在Q1h、Q3h、Q5h、Q7h之間的多元線性模型。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,優(yōu)化處方為每片米拉貝隆25 mg、PEO 108.02 mg、HPMC K4M 21.69 mg、OPADRY?2.27%,其釋放度的測(cè)定值與預(yù)測(cè)值趨勢(shì)基本一致,所建立的模型有良好的預(yù)測(cè)性,在不同介質(zhì)及轉(zhuǎn)速條件下與原研片釋放行為相似。為了便于操作,建議將OPADRY?包衣液增質(zhì)量擬定在2.0%~3.0%范圍內(nèi)。
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(編輯:鄒麗娟)
Optimization of Mirabegron Sustained-release Tablets by Central Composite Design-response Surface Method
XU Bin1,2,PU Yuwei1,ZHOU Wei3,DING Yimei1,2,LU Dingqiang1,2(1.School of Pharmacy,Nanjing Tech University,Nanjing 210009,China;2.Jiangsu Provincial Institute of Materia Medica,Nanjing 210009,China;3. School of Pharmacy,China Pharmaceutical University,Nanjing 210009,China)
OBJECTIVE:To optimize the formulation of Mirabegron sustained-release tablets.METHODS:Using polyethylene oxide(PEO)and hydroxypropylmethyl cellulose(HPMC K4M)as the sustained release matrix,Mirabegron sustained-release tablets were prepared by powder direct compression technology.Using 1,3,5,7 h accumulative release rate as indexes,the amounts of PEO,HPMC K4M and OPADRY?were optimized by composite design-response surface method,and then validated.Accumulative release rates of sustained-release tablet and original tablet(MyrbetriqTM)were compared in different pH mediums(water,pH 1.0 simulated gastric fluid,pH 4.5 acetate buffer solution,pH 6.8 phosphate buffer solution)at different rotation rates(100,50 r/min),and similiar factor f2was calculated to fit drug release model of sustained-release tablet.RESULTS:In the optimized firmulation each Mirabegron sustained-release tablet contained mirabegron 25 mg,PEO 108.02 mg,HPMC K4M 21.69 mg,OPADRY?2.27%.Relative error of accumulative release rates at 1,3,5,7 h to predicted value were 4.78%,3.48%,0.69%and-1.41%,respectively.f2of release curves of sustained-release tablet and original tablet were higher than 65 in different pH medium at different rotation rates.The drug release of sustained-release tablet was fitted to zero-order release equation.CONCLUSIONS:Mirabegron sustained-release tablet by optimized technology is similar to original tablet in drug release behavior.
Mirabegron;Sustained-release tablet;Central composite design-response surface method;Formulation optimization;Accumulative release rate
R943
A
1001-0408(2017)01-0110-05
2016-07-06
2016-09-02)
*主管藥師,碩士。研究方向:藥物新制劑及新技術(shù)。電話:025-58139391。E-mail:nanjing5696@126.com
DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.01.29