劉 沛，常金花，康 凱，薛禾菲，王雨欣，徐 林，劉翠哲，周劍宇

薯蕷皂苷元無定形固體分散體制備及體內(nèi)外評價

劉 沛，常金花，康 凱，薛禾菲，王雨欣，徐 林，劉翠哲*，周劍宇*

承德醫(yī)學院 河北省神經(jīng)損傷與修復重點實驗室，河北省中藥研究與開發(fā)重點實驗室，河北 承德 067000

制備薯蕷皂苷元無定形固體分散體（diosgenin amorphous solid dispersion，Dio-ASD），提高Dio溶出度和生物利用度。應用分子模擬技術分析Dio與載體之間相互作用并通過抑晶實驗驗證，構建Dio與載體混溶性曲線相圖，理論預測二者混溶性；以Soluplus為載體，應用共沉淀法制備Dio-ASD；通過溶出度測定、差示掃描量熱分析（differential scanning calorimetry，DSC）、X-射線粉末衍射（X-ray powder diffraction，XRPD）、掃描電鏡分析（scanning electron microscopy，SEM）、傅里葉紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）對Dio-ASD進行體外評價；采用UPLC-MS/MS方法測定大鼠體內(nèi)Dio血藥濃度，計算藥動學參數(shù)，對Dio-ASD進行體內(nèi)評價。分子模擬結(jié)果顯示Soluplus與Dio之間能形成疏水鍵和氫鍵相互作用，結(jié)合能強于其他載體，且Soluplus對Dio的抑晶作用最強。構建了混溶性曲線相圖，Dio與Soluplus在25 ℃下的混溶性為68.57%。與原料藥相比，Dio-ASD溶出度明顯提高。物相表征結(jié)果顯示，Dio以無定形態(tài)存在于Dio-ASD中，Dio和Soluplus之間存在相互作用。藥動學結(jié)果表明大鼠ig給藥后，Dio-ASD的生物利用度較Dio提高了近5倍。制備的Dio-ASD可以顯著提高藥物溶出度和大鼠體內(nèi)生物利用度。

薯蕷皂苷元；無定形固體分散體；分子模擬；混溶性相圖；藥動學

薯蕷皂苷元（diosgenin，Dio）俗稱皂素，廣泛存在于豆科和薯蕷科植物中[1]，是一種植物自然合成的甾體皂苷元，屬螺甾烷醇糖苷元?，F(xiàn)代研究證實Dio具有抗癌、免疫調(diào)節(jié)、心血管保護、降血脂等多種藥理作用[2]。然而，Dio具有強疏水性（lg5.7）和低水溶性（6.15 ng/mL），導致Dio的生物利用度較低[3]。為了提高其溶解性和生物利用度，目前有使用前體藥物、納米以及環(huán)糊精包合技術提高Dio口服生物利用度的報道[4-6]，但已有策略或工藝復雜或效果不佳，Dio衍生物的制備需要多步合成操作，工藝較復雜；制備Dio環(huán)糊精包合物需要振搖24 h后干燥，制備時間較長；采用納米混懸技術僅提高Dio生物利用度約2倍，效果不佳。因此，有必要開發(fā)一種簡單有效的方法來提高Dio的生物利用度。最近，研究集中在無定形固體分散體（amorphous solid dispersion，ASD）上。ASD中活性藥物成分以無定形態(tài)分散于載體材料中，表面自由能大，其粒徑減小，比表面積大，進而提高溶解度和溶出度[7]。且ASD是一種典型的過飽和給藥系統(tǒng)，可顯著提高游離藥物濃度，遠遠超過其在胃腸道中的平衡溶解度[8]，通過濃度梯度賦予的驅(qū)動力，ASD可促進藥物被動轉(zhuǎn)運通過腸膜，從而增加藥物的吸收[9]。本研究應用分子模擬技術分析Dio與載體之間相互作用并通過抑晶實驗驗證，構建Dio與載體混溶性曲線相圖，理論預測二者混溶性，制備薯蕷皂苷元無定形固體分散體（diosgenin amorphous solid dispersion，Dio-ASD），對其溶出行為和物相表征進行考察，最后對其進行藥動學和穩(wěn)定性研究。

1 儀器與材料

1.1 儀器

Agilent 1260型高效液相色譜儀，美國安捷倫公司；Waters Acquity UPLC H-Class型超高效液相色譜儀，沃特世科技有限公司；Sciex Triple Quad 5500型系統(tǒng)質(zhì)譜儀，AB Sciex公司；RC806型溶出試驗儀，天津市天大天發(fā)科技有限公司；Sybyl 6.9.1軟件，美國Tripos公司；AutoDock 4.0軟件，美國Molecular Graphics Laboratory研究所；Materials Studio軟件，美國Accelrys公司；TA DSC-250型差示掃描量熱分析儀，美國TA儀器/沃特世科技（上海）有限公司；Bruker Tensor 27型傅里葉變換紅外光譜儀，德國Bruker光譜儀器公司；Jeol-JSM-7500F型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子株式會社；PW3040/60 X-射線粉末衍射儀，荷蘭帕納科公司。

1.2 材料

Dio對照品，批號111539-200001，中國食品藥品檢定研究院；Dio原料藥，批號84414368E0，南京春秋生物工程有限公司；聚乙烯已內(nèi)酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物（Soluplus）、羥丙基甲基纖維素E30（hydroxy propyl methyl cellulos E30，HPMC-E30）、聚乙烯基-吡咯烷酮K30（polyvinylpyrrolidone K30，PVP-K30）、普蘭尼克（Pluronic-F68）、聚乙二醇4000（polyethylene glycol 4000，PEG4000），巴斯夫股份公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS），天津市福晨化學試劑廠；乙腈、甲醇，色譜級，北京邁瑞達科技有限公司；乙腈、甲醇，質(zhì)譜級，賽默飛公司；娃哈哈純凈水，娃哈哈純凈水有限公司；屈臣氏蒸餾水，屈臣氏集團；其他試劑均為分析純。

1.3 動物

健康雄性SD大鼠購自北京維通利華實驗動物技術有限公司，許可證號為SCXK2016-0006。所有動物均暴露于溫度為（22±1）℃，相對濕度為 （50±1）%，光/暗周期為12 h/12 h的環(huán)境中。大鼠在實驗前自由食用標準鼠糧和無菌水，禁食12 h。所有動物相關方案均經(jīng)承德醫(yī)學院動物倫理實驗委員會批準（批準號：NO.CDMULAC-20180410015）并符合《國家實驗動物使用法》的要求。

2 方法與結(jié)果

2.1 Dio-ASDs載體的選擇

2.1.1 分子模擬技術對Dio-ASD載體的選擇 首先，利用Sybyl 6.9.1軟件的Sketch Molecule模塊構建載體的初始三維結(jié)構；其次，通過Minimize模塊，采用Powell能量梯度法，選取AMBER7 FF99力場和Gasteiger-Hucel電荷，能量梯度為20.93 J/mol，收斂梯度為50 J/mol，最大迭代次數(shù)為10 000，對候選載體進行幾何優(yōu)化和分子力學優(yōu)化，獲得所有分子能量最低時的優(yōu)勢構象。采用AutoDock 4.0軟件包進行分子對接，AutoDock 4.0具有AutoGrid和AutoDock 2個程序。首先，采用AutoGrid程序計算化合物中各種類型原子的格點能量；其次，采用AutoDock程序以藥物分子為配體，候選載體分別為受體進行半柔性對接，在進行分子對接過程中，配體保持柔性、受體則保持剛性狀態(tài)；參數(shù)設置如下：最大迭代次數(shù)為15 000，最大運算步數(shù)為3000，運算次數(shù)為100，最大群體大小為300，欄格分辨率為0.2 nm；最后，根據(jù)配體的不同構象、方向、位置及能量對各種結(jié)合模式進行評分并排序。結(jié)果見圖1。

根據(jù)Dio與載體分子間相互作用及界面氫鍵分布，氫鍵（綠色虛線）和疏水作用（粉色虛線）是Dio和Soluplus之間形成的主要作用。Dio與HPMC- E30之間只形成氫鍵，不形成疏水作用，導致其結(jié)合能低于Soluplus。與HPMC-E30和Soluplus相比，Dio與PVP-K30、Pluronic-F68、PEG4000之間沒有氫鍵和疏水作用，導致它們的結(jié)合能較低。計算出的結(jié)合能值Soluplus（?28 550 J/mol）＞HPMC- E30（?27 503 J/mol）＞PVP-K30（?27 334 J/mol）＞Plur-onic-F68（?24 034 J/mol）＞PEG4000（?23 493 J/mol）。因此，雖然Soluplus可以與Dio形成較強的相互作用，但從結(jié)合能值來看效果并不顯著，下一步將通過實驗進行驗證。

圖1 Dio與不同載體分子對接示意圖

2.1.2 不同聚合物對Dio超飽和溶液結(jié)晶抑制作用的考察 精密稱取27 mg Dio溶于最少量的無水乙醇中，超聲溶解，使成均一待結(jié)晶的超飽和溶液，用以模擬超飽和藥物體系。精密稱取162 mg聚合物溶于900 mL水中，平衡一段時間，將上述超飽和藥物溶液迅速加入聚合物溶液中。以不加聚合物的溶液為對照，介質(zhì)保持在37 ℃下，轉(zhuǎn)速為50 r/min，分別于5、10、15、20、30、60、90、120、150、180、210、240 min時取樣5 mL，并迅速補液5 mL，過0.45 μm微孔濾膜，棄去初濾液，取續(xù)濾液進行HPLC測定，實驗重復3次。為避免因溫度降低引起的任何藥物結(jié)晶發(fā)生，取樣的溶液一直在37 ℃下保溫。通過分子模擬可知，與其它幾種載體相比，Soluplus可以與Dio形成更強的氫鍵相互作用，應該能夠有效抑制Dio結(jié)晶，通過抑晶實驗來驗證模擬結(jié)果。

由圖2顯示，Dio在無載體的溶出介質(zhì)中快速沉淀，5 min后質(zhì)量濃度低于檢測限。Pluronic-F68和PEG4000在240 min內(nèi)均不能抑制Dio在過飽和溶液中的結(jié)晶，PVP-K30的結(jié)晶抑制作用很弱。HPMC-E30具有一定的結(jié)晶抑制作用，雖然Dio在最初的15 min內(nèi)迅速沉降在含有HPMC-E30的介質(zhì)中，但仍可以保持一定的質(zhì)量濃度。Soluplus對結(jié)晶的抑制作用最強，在含有Soluplus的過飽和溶液中，Dio的逐漸沉降和高質(zhì)量濃度持續(xù)了4 h。結(jié)果表明，在過飽和溶液中，抑制結(jié)晶能力的大小順序為Soluplus＞HPMC-E30＞PVP-K30＞Pluronic- F68和PEG4000，無定形載體在抑制Dio結(jié)晶方面比半結(jié)晶載體更有效。

2.1.3 相圖的繪制 藥物與聚合物的混溶性是設計ASD最佳處方的關鍵參數(shù)，對于給定的藥物-聚合物二元體系，其混溶性也是選擇載藥量的重要依據(jù)，關系到ASD的物理穩(wěn)定性?；烊苄詻Q定了亞穩(wěn)態(tài)ASD的載藥上限，因為較高的載藥量會導致自發(fā)相分離，致使藥物結(jié)晶，這就否定了ASD的優(yōu)勢。混溶性曲線（即不同溫度或組分下的混溶性）可以構建溫度-組分相圖，為ASD的配方設計和產(chǎn)品制造提供有價值的信息。事實上，根據(jù)F-H理論，熱力學定義了旋節(jié)曲線，它是亞穩(wěn)態(tài)的極限，在旋節(jié)曲線的任何一點上，都會發(fā)生稱為旋節(jié)線分解的自發(fā)相分離。旋節(jié)曲線對應于混溶性曲線，可以根據(jù)F-H理論進行預測，得到相圖[10]。對于藥物-聚合物二元體系，混合的吉布斯自由能由公式（1）描述。

圖2 在超飽和狀態(tài)下不同聚合物對Dio的結(jié)晶抑制效應(, n = 3)

Δmix＝R[ln＋(1－)/ln(1－)＋(1－)] （1）

R是氣體常數(shù)，是絕對溫度，是藥物的體積分數(shù)，是被聚合物鏈占據(jù)的晶格位點數(shù)（在此定義為藥物分子的體積），是藥物-聚合物相互作用參數(shù)

聚合物鏈所占據(jù)的晶格位數(shù)和藥物-聚合物相互作用參數(shù)可由公式（2）（3）計算。

＝polymerdrug/drugpolymer（2）

＝(drug－polymer)2/R（3）

為相對分子質(zhì)量，是密度，是Hansen溶解度參數(shù)，是晶格點的體積（即藥物的體積）

將自由能的二階導數(shù)設為零，可以得到自旋點曲線，并表示為公式（4）。

S＝2(drug－polymer)2/{R[1/＋1/(1－)]} （4）

表1中示出了估計混溶性曲線（即旋節(jié)線曲線）所需的參數(shù)，根據(jù)公式（4）進行計算并得到混溶性曲線，結(jié)果見圖3。

表1 Dio混溶性計算所需參數(shù)

Table 1 Data used for calculation of miscibility of Dio.

物質(zhì)M/(g?mol?1)ρ/(g?cm?3)v/(cm3?mol?1)δ/MPa1/2 Dio414.621.13366.817.21 Soluplus1180001.209833317.40

和的計算方法參考文獻[11]

reference[11]for the calculation method ofand

圖3 預測Dio-Soluplus系統(tǒng)的溫度-組分相圖

由所構建的相圖所示，在混溶性曲線之上的，將會發(fā)生自發(fā)相分離。從相圖可以看出，混溶度隨著溫度的升高而增加，Dio和Soluplus在25 ℃下的混溶性68.57%，在室溫下ASD的最大載藥量不能超過68.57%。

2.2 Dio-ASD制備工藝優(yōu)化

2.2.1 色譜條件 色譜柱為Diamonsil Plus C18柱（150 mm×4.6 mm，5 μm）；流動相為乙腈-水（84∶16）；檢測波長203 nm；柱溫30 ℃；體積流量1 mL/min。

2.2.2 物理混合物（physical mixture，PM）的制備 按一定比例精確稱量已經(jīng)研磨過80目篩的原料藥和Soluplus，裝到真空袋中，混勻，即得。

2.2.3 溶出度測定 取Dio、Dio-ASDs及PM，按照《中國藥典》2020年版溶出度與釋放度測定方法中“漿法”進行溶出實驗，以900 mL 0.1% SDS溶液為介質(zhì)，在37 ℃、100 r/min下試驗，分別于5、15、30、45、60、90、120 min取樣5 mL，經(jīng)0.45 μm微孔濾膜濾過后測定，同時補充同溫等量介質(zhì)計算得到溶出度。

2.2.4 共沉淀法制備Dio-ASD 以Soluplus為載體，按原料藥與載體的比例（藥載比）1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12精確稱量，加無水乙醇超聲至完全溶解，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)揮干溶劑后冷凍30 min，放50 ℃烘箱干燥過夜，取出粉碎，過80目篩，測定溶出度，結(jié)果見圖4?？梢娫谒庉d比為1∶10時，溶出度最高，此時的載藥量為9.10%，沒有超過按混溶性曲線計算的最大載藥量68.57%，推測此時藥物和載體應具有較好的混溶性，因此，選擇此比例為最佳工藝。

圖4 Dio-ASDs中不同Dio/Soluplus比例的溶出度(, n = 3)

2.2.5 工藝驗證 按優(yōu)選的最佳比例制備Dio- ASDs和PM各3批，測定溶出度，結(jié)果見圖5。在0.1% SDS溶液中，Dio-ASDs的溶出度明顯高于原料藥Dio和PM，原因可能是藥物在溶出介質(zhì)中潤濕性的改善[12]。

圖5 藥物與載體的質(zhì)量比為1∶10時Dio-ASD的溶出度(, n = 3)

2.3 Dio-ASD物相表征

2.3.1 DSC分析 取待測樣品約5 mg，精密稱定，裝入鋁坩堝中，以空坩堝為參比，進行DSC分析。工作條件：掃描速度10 ℃/min，N2吹掃氣體積流量40 mL/min，N2保護氣體積流量60 mL/min，掃描范圍25～300 ℃。DSC圖譜如圖6所示。圖6顯示了Dio、Soluplus、PM和Dio-ASD的熱行為。在213.67 ℃時，Dio出現(xiàn)了1個明顯的吸熱峰，表明Dio原料藥為晶體結(jié)構。Dio-ASD中Dio的吸熱峰消失，證實該藥物與載體混溶，藥物成無定形態(tài)。本實驗PM未發(fā)現(xiàn)明顯吸熱峰，可能是由于在DSC程序升溫時使先熔融的載體成為Dio良好的溶劑，使其在到達熔點之前就已逐漸溶解在熔融的載體中，或者只是藥物的結(jié)晶性受到Soluplus的抑制，由于DSC靈敏度有限而并未檢測到明顯吸熱峰，因此，并不能確定PM中藥物以無定形態(tài)存在，需要通過PXRD和SEM進一步確證。

2.3.2 X-射線粉末衍射（X-ray powder diffraction，XRPD）分析 分析條件為Cu靶，波長為0.154 0 nm，管流強度40 mA，管電壓40 kV，掃描角度10°～60°，步長0.02°，掃描頻率8°/min。對樣品進行XRPD分析。圖7顯示了Dio、Soluplus、PM和Dio-ASD的XRPD圖像。Dio在5°～20°有特征的晶體衍射峰，分別位于7.14°、14.22°、14.90°、16.08°、16.98°、17.78°、18.64°，在PM衍射圖中可以清楚地觀察到Dio的所有主要特征晶體峰，Dio-ASD中的Dio晶體特征峰消失，表明載體與Dio之間的相互作用可以有效地將藥物的晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形態(tài)，此結(jié)果與DSC結(jié)果一致。

圖6 Dio (A)、Soluplus (B)、PM (C)和Dio-ASD (D)的DSC圖譜

圖7 Dio (A)、Soluplus (B)、PM (C)和Dio-ASD (D)的XRPD圖譜

2.3.3 SEM觀察 將樣品涂于干凈的銅片上，噴金后觀測各樣品的表面形態(tài)。結(jié)果如圖8所示。Dio呈棒狀或粒狀結(jié)晶結(jié)構，Soluplus以無定形態(tài)存在，能觀察到PM中Dio晶體出現(xiàn)在載體中，而Dio-ASD中沒有Dio晶體結(jié)構，這一結(jié)果表明Dio以無定形形式存在于ASD體系中。

圖8 Dio (A)、Soluplus (B)、PM (C)和Dio-ASD (D)的SEM圖譜

2.3.4 FT-IR分析 采用KBr壓片法將樣品壓片，在4000～400 cm?1掃描范圍分別進行FT-IR分析。結(jié)果如圖9所示。Dio有如下特征峰（cm?1）：3 452.2（-OH）、1 241.5、1 053.1（3β-OH，?5）、980.4、峰強度918.7＜897.4、866.3（25R螺甾烷）；Soluplus存在-OH、O＝C-S-和O＝C-C＝C-羰基的伸縮振動特征峰，分別位于3 465.3、1 739.2、1 637.7 cm?1；PM與Dio紅外光譜圖基本相似，Dio的特征峰基本都存在，說明藥物和載體之間只是簡單混合，并沒有發(fā)生相互作用；相反，在Dio-ASD中來自Dio的羥基峰發(fā)生了位移，提示藥物和載體之間可能存在氫鍵。Dio特征峰3 452.2 cm?1（-OH）的小尖峰消失，與Soluplus的羥基峰合并為1個寬、鈍的吸收峰，位于3 459.8 cm?1。-OH的消失表明Dio的羥基與Soluplus的羰基（氫鍵受體）之間存在分子間氫鍵。值得注意的是，藥物和載體之間的相互作用對ASD是一個額外的好處，因為它們不僅可以抑制藥物的結(jié)晶，而且可以增強藥物在親水性輔料中的固溶度[13]。

圖9 Dio (A)、Soluplus (B)、PM (C)和Dio-ASD (D)的FT-IR圖譜

2.4 Dio-ASD藥動學研究

2.4.1 給藥方案 將SD大鼠隨機分組，每組6只。分別口服Dio、PM和Dio-ASD，給藥劑量為100 mg/kg。給藥后于0.083、0.25、0.5、0.75、1、2、3、4、6、8、12、24、36、48、72 h大鼠眼眶取血，置于肝素處理的EP管中，離心（轉(zhuǎn)速為10 000 r/min）10 min，即得血漿，迅速將血漿樣品保存于?80 ℃冰箱。利用UPLC-MS/MS法測定血漿中Dio的血藥濃度。

2.4.2 分析方法及樣品處理方法

（1）色譜條件：色譜柱：Waters Acquity UPLC?BEH C18柱（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）；流動相為乙腈-0.03%甲酸水溶液（80∶20）；柱溫35 ℃；樣品溫度4 ℃；進樣量2 μL；體積流量0.3 mL/min。

（2）質(zhì)譜條件：離子源參數(shù)如下：ESI（+）；Dio去簇電壓71.96 V，碰撞電壓23.03 eV；丹參酮IIA（內(nèi)標）去簇電壓120 V，碰撞電壓25.92 eV；用于定量分析的離子對如下：/415.2→271.2（Dio）；/295.2→277.1（丹參酮IIA）。

（3）方法學考察：參照《中國藥典》2020年版附錄生物樣品定量分析方法驗證指導原則，對專屬性、線性范圍、精密度與準確度、提取回收率與基質(zhì)效應和穩(wěn)定性進行方法學考察，所有項目考察結(jié)果均符合規(guī)定。

（4）血漿處理：精密量取50 μL大鼠血漿，加入50 μL內(nèi)標（41.85 ng/mL），渦旋30 s，加入250 μL甲醇-乙腈（1∶1），渦旋2 min，13 000 r/min高速離心15 min，取上清液，UPLC-MS/MS分析，藥時曲線結(jié)果見圖10，藥動學參數(shù)見表2。

2.4.3 數(shù)據(jù)處理與藥動學參數(shù)計算 實驗前取出血漿，在室溫下融化后按“2.4.2”項下分析方法進行檢測，收集實驗數(shù)據(jù)。采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，計量資料以表示，各組間比較釆用單因素方差分析（One-way ANOVE）。使用DAS 3.0藥動學處理軟件，選擇非房室模型方法進行藥動學參數(shù)計算。由圖10和表2可知，Dio-ASD的AUC0～t和max分別是Dio的5.84、3.17倍。

圖10 口服Dio和Dio-ASD后Dio的血藥濃度-時間分布(, n = 6)

表2 口服Dio and Dio-ASD后藥動學參數(shù)(, n = 6)

Table 2 Pharmacokinetic parameters following oral administration of Dio and Dio-ASD (, n = 6)

參數(shù)單位DioPMDio-ASD AUC0～tμg?h?L?19 302.24±4013.3812 101.45±3 357.2654 386.54±8 864.42** t1/2zh12.33±3.029.11±2.2910.37±1.68 tmaxh8.37±2.5412.16±4.9210.98±1.99 Cmaxμg?L?1552.63±100.13567.88±88.341 742.65±491.46**

與Dio比較：*＜0.05**＜0.01

*< 0.05**< 0.01Dio

應用下列公式計算Dio-ASD的相對生物利用度（）。

＝AUC0～∞ Dio-ASD/AUC0～∞ Dio

計算得Dio-ASD的相對生物利用度分別為589.47%（＜0.05），即采用共沉淀法將Dio制備成ASD后，Dio呈現(xiàn)無定形狀態(tài)，溶出度增加，其生物利用度有了很大的提高。

2.5 Dio-ASD穩(wěn)定性研究

樣品平鋪于培養(yǎng)皿中，厚度約2～3 cm，保存在40 ℃，75% RH下，于0、3、6個月時分別取樣，進行XRPD測定，來檢測形態(tài)隨時間的變化，并采用HPLC對不同貯藏時間的體外溶出度進行測定。結(jié)果見圖11、12。如XRPD衍射峰圖（圖11）所示，存儲后的Dio-ASD與初始狀態(tài)相似，沒有顯示Dio的任何衍射峰。在40 ℃，75%的濕度下保存6個月后溶出度（圖12）與新制備的ASD相比無顯著性差異。進一步證實了該無定形藥物不結(jié)晶并有良好的穩(wěn)定性。

圖11 Dio-ASD放置0、3、6個月后的XRPD圖譜

圖12 Dio-ASD放置0、3、6個月后Dio的溶出度測定結(jié)果(, n = 3)

3 討論

分子模擬是將量子力學理論與計算方法相結(jié)合研究分子結(jié)構的一項強有力的技術。它可以在分子力學和量子化學理論的基礎上模擬分子在原子水平上的行為。將勢函數(shù)和力參數(shù)描述為力場，計算相互作用的分子間的力和整個系統(tǒng)的總能量。分子模擬可以提供可見的三維結(jié)構和軌跡剖面。這些參數(shù)（如自由能和動態(tài)參數(shù)）可以從軌跡中計算出來，從而揭示分子結(jié)構[14]。由于分子建模的獨特優(yōu)勢，在藥物研究中的應用實例越來越多。文獻報道采用模擬退火法研究了一系列布洛芬ASD與聚乙二醇、泊洛沙姆、聚維酮、乳糖和甘露醇相互作用的分子結(jié)構，并用分子動力學模擬方法研究了布洛芬十二烷基硫酸鈉與聚乙二醇、聚維酮和泊洛沙姆的溶解過程[15]。因此，分子模擬是在分子水平上解釋實驗現(xiàn)象的重要工具。本實驗中，由于氫鍵和疏水作用，Dio和Soluplus之間形成了很強的結(jié)合能。Dio和Soluplus之間分子相互作用可有效抑制藥物結(jié)晶，進而提高其溶解性和穩(wěn)定性。

ASD已被證明是提高低水溶性藥物溶解度、溶出度和生物利用度最有前景的策略之一。然而，ASD的配方設計仍然是藥學工作者面臨的一大挑戰(zhàn)。研究表明，晶體藥物在無定形聚合物中的溶解度和藥物與聚合物的相溶性是設計最佳處方的2個關鍵參數(shù)。對于給定的藥物-聚合物二元體系，其溶解度和混溶性是選擇載藥量的重要依據(jù)，這關系到ASD的物理穩(wěn)定性[16]?；烊苄詻Q定了亞穩(wěn)態(tài)ASD的載藥上限，因為較高的載藥量會導致自發(fā)相分離，藥物結(jié)晶，這就否定了ASD的優(yōu)勢。此外，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（g）是ASD的另一個關鍵參數(shù)[17]。溶解度曲線、混溶性曲線和g曲線（即不同溫度或組分下的溶解度、混溶性和g）可以構建溫度-組分相圖，為ASD的配方設計和產(chǎn)品制造提供有價值的信息。然而，由于聚合物的高黏度，特別是在低于其g的溫度下，達到溶解度平衡所需的時間相當長，這使得在各種溫度下確定藥物-聚合物的溶解度和可混溶性成為一個挑戰(zhàn)。因此，在這種情況下，理論預測是有利的[18]。因此，本實驗通過繪制相圖理論預測藥物和聚合物之間的混溶性，推測出制備的ASD載藥上限，為后續(xù)實驗提供了理論依據(jù)，具有一定的理論創(chuàng)新性。

在口服給藥領域，通過過飽和增加腔內(nèi)濃度有望增強腸道吸收[19-20]。加入聚合物載體可以穩(wěn)定和延長過飽和度，其對ASD中無定形態(tài)藥物結(jié)晶抑制機制包括與藥物在局部產(chǎn)生的相互作用、無定形態(tài)藥物的分子流動性降低和藥物結(jié)晶成核活化能及g的提高。在此，本課題組進行了高通量沉淀篩選來選擇載體，并在篩選/優(yōu)化過程中評估過飽和潛力[21-22]。在本實驗中，采用超飽和溶液法研究了5種不同水溶性載體對Dio晶體的抑制效果，無定形載體在抑制Dio結(jié)晶方面比半結(jié)晶載體更有效。Soluplus對Dio的抑晶效果最佳，原因可能是其水溶性、黏度及三維結(jié)構體系降低了藥物的自由能，減緩過飽和溶液中藥物的析晶沉淀，起到維持過飽和度的作用。值得注意的是，Soluplus在純水中的CMC僅為7.6 mg/L，在不同PBS（pH 6.8、6.5、7.0）溶液中，CMC值分別為0.61、1.24和0.91 μg/mL，在0.1 mol/L HCl（pH 1.0），Soluplus的CMC值為11.7 μg/mL[23]，這些研究結(jié)果證實Soluplus在溶液中極易形成膠束，這種增溶作用不僅可以間接地促進過飽和體系的形成，而且作為一個有利于快速補充及時吸收的游離藥物的藥物庫。此外，前期預實驗過程中，我們在藥物與載體的比例為1∶3時，觀察了不同載體對Dio的抑晶作用。結(jié)果表明，除Soluplus具有微弱的晶體抑制作用外（Dio的質(zhì)量濃度可在0.003 mg/mL下維持2.5 h），所有其他載體均無晶體抑制作用。這說明載體濃度的增加對抑制Dio結(jié)晶有有利的影響。而不同藥載比下（1∶1、1∶3、1∶6、1∶9、1∶12）Soluplus對Dio的抑晶作用結(jié)果顯示藥載比在1∶6和1∶9時呈現(xiàn)最佳效果（二者相差無幾），為節(jié)約材料，選擇1∶6。

Soluplus是巴斯夫公司用于熱熔擠出技術而生產(chǎn)的，本實驗所用的共沉淀法為Soluplus的應用擴展。由DSC、XRPD、SEM和FT-IR等結(jié)果表明Dio-ASD中的Dio以無定形形式存在，藥物和載體之間存在相互作用，而藥物潤濕性的改善、從結(jié)晶狀態(tài)到無定形的轉(zhuǎn)變[24]和藥物載體分子間的氫鍵效應都有利于增強Dio的溶出，進而提高其生物利用度。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Preparation and evaluation of diosgenin amorphous solid dispersionand

LIU Pei, CHANG Jin-hua,KANG Kai, XUE He-fei, WANG Yu-xin, XU Lin, LIU Cui-zhe, ZHOU Jian-yu

Hebei Province Key Laboratory of Nerve Injury and Repair, Hebei Province Key Laboratory of Research and Development for Chinese Medicine, Chengde Medical College, Chengde 067000, China

To prepare diosgenin amorphous solid dispersion (Dio-ASD) and improve the dissolution and bioavailability of Dio.The interaction between Dio and carrier was analyzed by molecular simulation technology and verified by crystal suppression experiment. The phase diagram of the miscibility curve between Dio and carrier was constructed, and the miscibility of Dio and carrier was predicted theoretically. Dio-ASD was prepared by coprecipitation with Soluplus as carrier and was evaluatedby dissolution assay, differential scanning calorimetry (DSC), X-ray powder diffraction (XRPD), scanning electron microscopy (SEM), and fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The plasma concentration of Dio in rats was determined by UPLC-MS/MS method, and the pharmacokinetic parameters were calculated to evaluate Dio-ASD.Molecular simulation results showed that hydrophobic and hydrogen interactions between Soluplus and Dio were formed, and the binding energy was stronger compared with other carriers. Soluplus had the strongest crystal suppression effect on Dio. The phase diagram of the miscibility curve was constructed and the miscibility between Dio and Soluplus at 25 ℃ was 68.57%. Compared with the bulk drug, the dissolution rate of Dio-ASD was significantly improved. The phase characterization results showed that Dio existed in Dio-ASD in an amorphous state, and there was an interaction between Dio and Soluplus. The pharmacokinetics results showed that the bioavailability of Dio-ASD was nearly five times higher than that of Dio after intragastric administration to rats.The prepared Dio-ASD can significantly improve drug dissolution and bioavailability in rats.

diosgenin; amorphous solid dispersion; molecular simulation; miscibility phase diagram; pharmacokinetics

R283.6

A

0253 - 2670(2022)14 - 4323 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.14.012

2022-02-09

河北省高等學校科學技術研究項目（QN2020241）；河北省高等學校科學技術研究項目（QN2019167）；河北省高校重點學科建設項目（冀教高［2013］4號）；河北省科技廳“技術創(chuàng)新引導專項-科技工作會商”項目；河北省神經(jīng)損傷與修復重點實驗室開放課題（NJKF202102）

劉 沛（1985—），女，博士，副教授，研究方向為藥物新劑型及藥動學研究。Tel: (0314)2290629 E-mail: liupeipp123@163.com

劉翠哲（1964—），女，博士，博士生導師，研究員，研究方向為中藥制劑現(xiàn)代化及中藥藥動學研究。Tel: (0314)2517035 E-mail: liucuizhexy@163.com

周劍宇（1983—），男，博士，碩士生導師，副教授，研究方向為中藥藥效與物質(zhì)基礎研究。Tel: (0314)2290076 E-mail: zhoujybucm@163.com

[責任編輯 鄭禮勝]