許慧慧,韓鑫玥,劉朔,趙雅文,李華梅,劉晗雨,楊帆,陳燕忠,潘育方,侯冬枝
(廣東藥科大學(xué)藥學(xué)院/廣東省局部精準(zhǔn)遞藥制劑工程技術(shù)研究中心/廣東省藥物新劑型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510006)
《醫(yī)宗金鑒·眼科心法要訣》和《證治準(zhǔn)繩·雜病·七竅門(mén)》中記載:青光眼屬“五風(fēng)內(nèi)障”中的青風(fēng)內(nèi)障,其癥狀為“痰濕所致,火郁、憂(yōu)思、忿怒之過(guò)”[1]?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為青光眼是一組涉及視神經(jīng)及其相關(guān)組織的疾病,其特征是視野逐漸喪失、視神經(jīng)頭典型改變[2-4]。眼壓是青光眼診斷的重要參數(shù),也是表征青光眼病程發(fā)展的主要危險(xiǎn)因素,降低眼壓是唯一被證實(shí)可有效減緩病程的重要手段。目前,市面上有大量的抗青光眼藥物,主要包括降眼壓藥物(前列腺素衍生物、碳酸酐酶抑制劑、受體拮抗劑、腎上腺素能激動(dòng)劑、副交感神經(jīng)藥物和高滲劑)和視神經(jīng)保護(hù)藥物(鈣離子通道阻滯劑、中藥制劑、神經(jīng)干細(xì)胞及神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等)[5-8]。
鹽酸倍他洛爾(BH)不僅有降壓作用,還具有視神經(jīng)保護(hù)功能。本課題組前期試驗(yàn)研究表明,將藥物BH 與黏土礦物蒙脫石(Mt)通過(guò)酸化嵌合形成復(fù)合物,可以調(diào)控藥物的釋放速率[9]。聚丙烯酸樹(shù)脂RS(ED RS)和RL(ED RL)因季銨鹽基團(tuán)含量不同導(dǎo)致其溶脹性和親水性發(fā)生改變,通??稍谝后w的滲入作用下“濾出”親水孔道,從而減緩藥物釋放。本研究采用溶劑揮發(fā)法制備聚丙烯酸樹(shù)脂載藥蒙脫石納米粒(ED-Mt-BH NPs),并制備成滴眼液,進(jìn)一步考察其制劑學(xué)性質(zhì)、釋藥性能,初步研究其生物相容性及刺激性,為治療青光眼納米遞藥系統(tǒng)提供新的研究思路和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
BSA124S-CW 萬(wàn)分之一電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司);9SK8200LHC 超聲波清洗器(上??茖?dǎo)超聲儀器有限公司);RCT Basic 基礎(chǔ)型數(shù)顯磁力攪拌器(德國(guó)艾卡公司);JY 92-II 超聲波細(xì)胞粉碎儀(寧波新芝生物科技股份有限公司);THZ-82氣浴恒溫振蕩器(上海宵漢實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司);UV-1800PC 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司);OSMOMAT 3000 basic 冰點(diǎn)滲透壓儀(德國(guó)Gonotec GmbH 公司);Delsa Nano C激光衍射粒度分析儀(美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特科技儀器有限公司);FEI Talos F200S 透射電子顯微鏡(賽默飛世爾科技公司)。
聚丙烯酸樹(shù)脂RS(ED RS)和聚丙烯酸樹(shù)脂(ED RL),純度≥97%,上海昌為醫(yī)藥輔料技術(shù)有限公司;鹽酸倍他洛爾(BH,純度99.5%,武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司);DMEM/F12 培養(yǎng)基(美國(guó)賽默飛世爾公司);噻唑藍(lán)(MTT,美國(guó)Amresco公司)。
普通級(jí)的新西蘭兔,體質(zhì)量2.0~2.5 kg,雌雄不限。動(dòng)物合格證號(hào):SCⅩK(粵)2016-0041。HCE-T細(xì)胞由北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院商城分院提供(校內(nèi)贈(zèng)送)。
采用改良O/W型乳化溶劑揮發(fā)法制備ED-Mt-BH NPs 滴眼液[10]:用泊洛沙姆188 的去離子水溶液20 mL 為外水相,將ED RL 425.6 mg、ED RS 22.4 mg、BH 56 mg 和Mt-BH 10 mg 于5 mL 無(wú)水乙醇中超聲溶解分散為油相;將油相快速液下注入外水相中,迅速置于冰水浴中超聲,隨后置于室溫中以800 r/min 繼續(xù)攪拌2~3 h,得到規(guī)格為2.8 mg/mL的ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液。將ED-Mt-BH NPs滴眼液(甘露醇為凍干保護(hù)劑,-60 ℃下恒壓預(yù)凍8 h,升華干燥)進(jìn)行凍干后保存?zhèn)溆谩?/p>
2.2.1 形態(tài)學(xué) 取適量稀釋適當(dāng)倍數(shù)后的ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液,滴加到銅網(wǎng)上,自然晾干后,繼續(xù)滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的磷鎢酸溶液進(jìn)行負(fù)染,自然晾干后采用透射電子顯微鏡(200 kV 加速電壓、低真空度)觀察ED-Mt-BH NPs的形態(tài)并攝影記錄,結(jié)果見(jiàn)圖1。可見(jiàn),ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液呈淡藍(lán)色,經(jīng)激光光束垂直照射后出現(xiàn)膠粒分散系統(tǒng)的丁達(dá)爾現(xiàn)象(圖1C),TEM 鏡下的粒子大小較均勻(圖1A),形態(tài)圓整(圖1B)。
圖1 ED-Mt-BH NPs(A)、單個(gè)ED-Mt-BH NPs(B)的TEM形貌圖與ED-Mt-BH NPs混懸液(C)外觀圖Figure 1 TEM images of ED-Mt-BH NPs(A)and single ED-Mt-BH NPs(B),diagram of ED-Mt-BH NPs suspension(C)
2.2.2 pH 值和滲透壓 沙氏磷酸緩沖液的配制:0.943 8%無(wú)水Na2HPO4(堿性溶液)和0.8%無(wú)水NaH2PO4(酸性溶液),不同比例混合后可得到pH 范圍為5.19~8.04 的溶液。取2 mL 沙氏磷酸緩沖液(按1∶1比例混合堿性溶液和酸性溶液)復(fù)溶納米粒凍干粉末,充分搖勻后備用。將ED-Mt-BH NPs混懸滴眼液用pH計(jì)測(cè)定pH值。另外取50 μL ED-Mt-BH NPs 滴眼液于滲透壓儀下測(cè)量滲透壓。重復(fù)試驗(yàn)3次,結(jié)果見(jiàn)表1。
2.2.3 包封率和載藥量 精密移取0.5 mL ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液于10 mL 容量瓶中并用甲醇定容,渦旋4 min 后超聲2 h 破乳,經(jīng)0.22 μm 微孔濾膜濾過(guò),紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)273 nm 下測(cè)定吸光度值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線(Y=4.141X-0.006,R2=0.998 6)中計(jì)算BH 的全藥量c0。精密移取4 mL ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液于透析袋中,扎緊透析袋兩端后放置于提前預(yù)熱的100 mL 人工淚液介質(zhì)中,空氣浴恒溫(34 ℃)振蕩(轉(zhuǎn)速為120 r/min)0.5 h 后取出,經(jīng)0.22 μm微孔濾膜濾過(guò),紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)273 nm下測(cè)定吸光度值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線(Y=3.876X+0.003,R2=0.999 8)中計(jì)算游離BH 的質(zhì)量濃度c。根據(jù)以下公式分別算出包封率和載藥量:
式中:c0為納米粒的全藥量(mg/mL),c為納米?;鞈乙褐杏坞x藥物質(zhì)量濃度(mg/mL),w1為加入藥物的質(zhì)量(mg),w2為納米粒中游離藥物質(zhì)量(mg);w為納米粒總質(zhì)量(mg)。結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 ED-Mt-BH NPs的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of ED-Mt-BH NPs(,n=3)
表1 ED-Mt-BH NPs的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of ED-Mt-BH NPs(,n=3)
可見(jiàn),ED-Mt-BH NPs混懸液的pH值、滲透壓均符合2020年版《中國(guó)藥典》眼用制劑通則的相關(guān)要求。所制納米粒滴眼液Zeta電位為(22.24±1.53)mV,這可能是由于含季銨鹽的聚丙烯酸樹(shù)脂聚合物載體和陽(yáng)離子型藥物BH均提供了正電荷。
2.2.4 體外釋放試驗(yàn) 采用動(dòng)態(tài)透析法進(jìn)行體外釋放度測(cè)試,按處方配制好人工淚液后,將透析袋(截留相對(duì)分子質(zhì)量:8 000~14 000)浸泡于人工淚液中放置過(guò)夜處理。分別精密量取BH 溶液、ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液液4 mL 于透析袋中并扎緊兩端避免漏液,浸泡于100 mL 人工淚液。整體置于34 ℃恒溫的空氣浴恒溫振蕩儀中,轉(zhuǎn)速設(shè)為120 r/min。于特定的時(shí)間間隔內(nèi)精密移取5 mL介質(zhì),同時(shí)補(bǔ)給同樣體積新配制的介質(zhì)。經(jīng)0.22 μm 微孔濾膜濾過(guò),棄去初濾液,紫外可見(jiàn)分光光度法273 nm 下測(cè)定續(xù)濾液的吸光度值。按以下公式計(jì)算累積釋放率:
式中:W是累積釋放率;Cn為第n個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)介質(zhì)中藥物濃度;V是釋放介質(zhì)的總體積;Ci是第i個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)時(shí)介質(zhì)中藥物濃度;Vi是第i個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)的取樣體積,m為4 mL 納米粒中所含的總的藥量。結(jié)果見(jiàn)圖2。
圖2 ED-Mt-BH NPs混懸滴眼液和BH溶液的體外累積釋放曲線Fiugre 2 In vitro cumulative release curves of ED-Mt-BH NPs suspension and BH solution
可見(jiàn),ED-Mt-BH NPs 混懸液前2 h 累積釋放率較快,達(dá)到65.2%,呈現(xiàn)出快速釋放現(xiàn)象;隨著時(shí)間的推移,釋放率逐漸變小,呈現(xiàn)緩慢釋放現(xiàn)象,10 h時(shí)累積釋放率達(dá)到87.7%。藥物從顆粒中釋放主要有3種途徑:(1)從顆粒表面釋放;(2)經(jīng)載體基體溶脹釋放;(3)由于聚合物被侵蝕釋放。本研究采用的載體材料聚丙烯酸樹(shù)脂在水中可溶脹形成孔道,藥物通過(guò)親水孔道擴(kuò)散釋放,同時(shí)在本課題組前期研究中證明層狀結(jié)構(gòu)的載鹽酸倍他洛爾蒙脫石可與透析介質(zhì)中陽(yáng)離子發(fā)生陽(yáng)離子交換作用從而使藥物緩慢釋放,進(jìn)而調(diào)節(jié)藥物的釋放速度[11-12],推測(cè)聚丙烯酸樹(shù)脂和蒙脫石的聯(lián)合應(yīng)用可以雙重控制藥物釋放。將ED-Mt-BH NPs混懸液的累積釋放率(Q)對(duì)時(shí)間(t)分別進(jìn)行零級(jí)方程、一級(jí)方程、Higuchi方程、Ritger-Pepppas方程和Weibull方程擬合,結(jié)果見(jiàn)表2??梢?jiàn),ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液在人工淚液介質(zhì)中的釋放機(jī)制與Weibull釋藥模型較接近。
表2 ED-Mt-BH NPs混懸滴眼液體外釋放擬合結(jié)果Table 2 Fitting results of in vitro release of ED-Mt-BH NPs suspension eye drops
2.3.1 色譜條件 色譜柱:Inertsil ODS C18色譜柱(4.6 mm×150 mm,5 μm);檢測(cè)波長(zhǎng):273 nm;流動(dòng)相:乙腈-0.2%三乙胺(體積比3∶7,pH=3);流速:1.0mL/min;進(jìn)樣量:20 μL。
2.3.2 樣品處理 將3 cm×8 cm的濾紙條置于1.5 mL離心管內(nèi),取樣前精密稱(chēng)其總質(zhì)量G0。取樣后立即稱(chēng)定潤(rùn)濕有淚液的濾紙條與離心管的總質(zhì)量G1。氮?dú)饬飨麓蹈珊袦I液的濾紙條后加入10 μg/mL的內(nèi)標(biāo)物尼泊金乙酯(Ethyl paraben,EP)70 μL,吹干后加入70 μL 甲醇復(fù)溶,渦旋5 min,超聲萃取處理20 min,15 000 r/min離心20 min,進(jìn)樣20 μL。
2.3.3 線性關(guān)系 將系列濃度的BH 標(biāo)準(zhǔn)溶液20 μL加入到含空白淚液濾紙條的離心管中,吹干后加入20 μL EP(35 μg/mL),吹干后再加入70 μL 甲醇復(fù)溶,使得處理后樣品中的藥物終質(zhì)量濃度為1、10、40、120、300 μg/mL,渦旋5 min,超聲20 min,15 000 r/min低溫離心20 min,小心吸取上清液20 μL進(jìn)樣。記錄待測(cè)藥物BH 的峰面積和內(nèi)標(biāo)物EP 的峰面積。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、峰面積比為縱坐標(biāo)得線性方程:Y=0.006 87X+0.006 8,R2=0.999 0。
2.3.4 淚液消除試驗(yàn) 選取健康無(wú)眼疾的新西蘭兔,左眼給生理鹽水做空白對(duì)照,右眼給各受試制劑。左右眼各給藥50 μL。在特定時(shí)間點(diǎn),拉開(kāi)兔眼上眼瞼,輕輕放入濾紙條并輕壓鼻淚管處,1 min 后取出立即精密稱(chēng)量,通過(guò)增重量確定取樣量的多少。所有樣品于-20 ℃下保存?zhèn)溆?,按?.3.2”項(xiàng)方法處理,按“2.3.1”項(xiàng)測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖3 BH 溶液和ED-Mt-BH NPs 混懸滴眼液兔眼局部給藥50 μL后兔淚液中的藥-時(shí)曲線Figure 3 The concentration-time curves of the drug in tears after topical administration of 50 μL of BH solution and ED-Mt-BH NPs suspension to the rabbit eyes(n=3)
表3列出了由DAS 3.1.1(北京邦茨公司)的非房室分析得出的平均藥動(dòng)學(xué)參數(shù)??梢?jiàn),ED-Mt-BH NPs混懸滴眼液的相對(duì)生物利用度和平均滯留時(shí)間分別是BH 溶液的1.88倍和1.54倍,表明ED-Mt-BH NPs滴眼液可明顯延長(zhǎng)藥物在眼表的滯留。
表3 BH溶液和ED-Mt-BH NPs滴眼液的主要藥動(dòng)學(xué)參數(shù)Table 3 The pharmacokinetic parameters of BH solution and ED-Mt-BH NPs suspension(,n=3)
表3 BH溶液和ED-Mt-BH NPs滴眼液的主要藥動(dòng)學(xué)參數(shù)Table 3 The pharmacokinetic parameters of BH solution and ED-Mt-BH NPs suspension(,n=3)
2.4.1 溶血試驗(yàn) 取健康家兔耳緣靜脈血液樣品2 mL,輕輕攪拌取出纖維蛋白,加入PBS溶液2 mL后離心5 min,棄去上清液,繼續(xù)加入PBS 溶液10 mL 離心5 min,棄去上清液并重復(fù)上述操作4~5 次直至上清液基本無(wú)明顯紅色。將所得的紅細(xì)胞用PBS 溶液稀釋成體積分?jǐn)?shù)為2%的紅細(xì)胞混懸液備用。
分別向0.2 mL 紅細(xì)胞溶液加入PBS 溶液(陰性對(duì)照組)、去離子水(陽(yáng)性對(duì)照組)、ED-Mt-BH NPs(待測(cè)樣品組),于37 ℃下孵育4 h 后離心5 min,觀察上清液顏色。分別取各組的上清液100 μL 于96孔板中,利用酶標(biāo)儀(λ=570 nm)測(cè)定其吸光度并計(jì)算溶血率,結(jié)果顯示ED-Mt-BH NPs∶PBS 稀釋比為1∶7、4∶4、8∶0 時(shí),溶血率分別為1.47%、2.35%和3.82%。溶血率與藥物濃度存在一定的線性關(guān)系,溶血率小于5%,表明所制備的ED-Mt-BH NPs 對(duì)兔紅細(xì)胞幾乎無(wú)溶血作用。
過(guò)敏性、溶血性是指藥物制劑經(jīng)皮膚、黏膜、血管等非口服途徑給藥,對(duì)用藥局部產(chǎn)生的毒性或?qū)θ懋a(chǎn)生的毒性,是臨床前安全性評(píng)價(jià)的重要組成部分[13]。如圖4 所示:陰性對(duì)照組紅細(xì)胞下沉且上清液無(wú)色透明,未發(fā)生溶血現(xiàn)象;陽(yáng)性對(duì)照組呈現(xiàn)出紅色澄明狀,管底僅有少量紅細(xì)胞殘留,明顯發(fā)生溶血;ED-Mt-BH NPs 樣品組各管均紅細(xì)胞下沉,上清液無(wú)色透明,未出現(xiàn)溶血或凝聚現(xiàn)象。
圖4 各受試組溶血情況Figure 4 The hemolysis of each test group
2.4.2 細(xì)胞毒性試驗(yàn)[14-15]將生長(zhǎng)良好的HCE-T 細(xì)胞以1×104/孔接種于含有DMEM/F12 培養(yǎng)基96 孔板,將96孔板放在37 ℃、5%CO2的培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h,更換培養(yǎng)基。加入不同梯度濃度的BH溶液、ED-Mt-BH NPs 滴眼液和Blank-NPs 滴眼液,同時(shí)用相同體積的培養(yǎng)基做陰性對(duì)照。在原培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)0.5 h 和2 h 后每孔加入100 μL MTT(5 mg/mL)孵育4 h,最后向每個(gè)孔滴加100 μL 二甲基亞砜,置于恒溫振蕩儀往復(fù)振蕩直至所有藍(lán)紫色晶體甲瓚溶解。用酶標(biāo)儀(λ=570 nm)檢測(cè)樣本孔的吸光度值(A)并計(jì)算生長(zhǎng)抑制率(%),結(jié)果見(jiàn)圖5??梢?jiàn),暴露時(shí)間為0.5 h和2 h時(shí),各制劑的細(xì)胞毒性均隨著給藥劑量的增加而增大;但Blank-NPs溶液的細(xì)胞毒性始終低于BH 溶液和包裹藥物后的ED-Mt-BH NPs,且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),表明ED-Mt-BH NPs滴眼液可減輕BH 藥物固有的細(xì)胞毒性,側(cè)面說(shuō)明納米??蓪⑺幬顱H有效包裹于顆粒中。
圖5 BH溶液、Blank-NPs溶液和ED-Mt-BH NPs滴眼液分別暴露0.5 h(A)和2 h(B)時(shí)的細(xì)胞毒性Figure 5 Cytotoxicity of BH solution,Blank-NPs solution and ED-Mt-BH NPs suspension exposed to 0.5 h(A)and 2 h(B)
基于青光眼是世界上第二大致盲性眼部疾病與傳統(tǒng)眼用制劑普遍具有較低生物利用度的現(xiàn)狀,一種新興眼部給藥系統(tǒng)即眼部納米粒制劑被設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),該系統(tǒng)具有改善顆粒與黏液相互作用,增加藥物滲透角膜能力,增加藥物在眼內(nèi)組織聚集,延長(zhǎng)藥物滯留時(shí)間并減少臨床用藥頻率,提高患者依從性等優(yōu)勢(shì)。
本研究制備了聚丙烯酸樹(shù)脂載藥蒙脫石納米粒(ED-Mt-BH NPs),并對(duì)其理化性質(zhì)、載藥量和包封率、釋藥能力進(jìn)行了研究,結(jié)果表明ED-Mt-BH NPs 的理化性質(zhì)符合眼用制劑的要求標(biāo)準(zhǔn),可用于眼部治療,且具有較高的包封率和載藥量。通過(guò)體外釋放試驗(yàn)結(jié)果可知,將BH 制備成ED-Mt-BH NPs 可降低藥物釋放速率,延長(zhǎng)藥物釋放時(shí)間。
目前,國(guó)內(nèi)外常用的體外眼部刺激性試驗(yàn)分別有牛眼角膜滲透性試驗(yàn)和雞胚尿囊膜試驗(yàn)[16]。由于每個(gè)方法均有局限性和優(yōu)勢(shì),因此本研究采用組合策略,可較全面評(píng)價(jià)眼用輔料的安全性。紅細(xì)胞溶血試驗(yàn)已經(jīng)被納入歐洲委員會(huì)英國(guó)內(nèi)務(wù)府開(kāi)展的替代家兔眼刺激性試驗(yàn)之一[17]。本研究通過(guò)紅細(xì)胞溶血試驗(yàn)考察ED-Mt-BH NPs 的毒性,結(jié)果表明相比于去離子水,ED-Mt-BH NPs 幾乎無(wú)溶血作用,且隨著ED-Mt-BH NPs 與PBS 的稀釋比增加,溶血率增加,這可能是由于納米粒中游離藥物分子引起的刺激性;不同稀釋比的ED-Mt-BH NPs-PBS稀釋液的溶血度均小于去離子水的溶血度,表明ED-Mt-BH NPs 具有較小的毒性。對(duì)于青光眼這一類(lèi)慢性疾病,眼用制劑應(yīng)長(zhǎng)期給藥,有研究表明納米制劑因呈正電性、比表面積大和表面反應(yīng)活性強(qiáng)等特點(diǎn)可能存在潛在毒性[18],但是對(duì)局部眼用制劑存在復(fù)雜性,如納米粒與眼組織的相互作用、藥物在眼部分布情況及其代謝等相關(guān)機(jī)制研究仍不完善,后續(xù)將進(jìn)一步考察ED-Mt-BH NPs的長(zhǎng)期安全性。
通過(guò)試驗(yàn)手段誘導(dǎo)動(dòng)物高眼壓是研究青光眼藥理藥效的重要手段,目前研究中的動(dòng)物造模使用最多的是兔子和大鼠[19]。根據(jù)青光眼發(fā)病機(jī)制,造模方法常分為3 大類(lèi):破壞小梁結(jié)構(gòu)(如高滲鹽水法[20]、透明質(zhì)酸法[21]、激光誘導(dǎo)法[22])、增加上鞏膜靜脈竇壓力(如燒灼上鞏膜靜脈法)和阻塞房角流出通道(如α-糜蛋白酶法、甲基纖維素法、皮質(zhì)類(lèi)固醇法、復(fù)方卡波姆法和血細(xì)胞法)。后續(xù)本課題組將繼續(xù)研究構(gòu)建合適的青光眼動(dòng)物模型以觀察ED-Mt-BH NPs 的降眼壓療效。