黃衛(wèi)東 李勝方 鄒 濤 夏賢友 劉 颋

(黃石理工學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院,湖北黃石 435003)

目前,骨科疾患聯(lián)合用藥基本上采用 2種形式,即關(guān)節(jié)腔內(nèi)交替注射不同藥物和交替口服不同藥物[1]。這些給藥方式由于用藥頻繁,給患者造成許多痛苦和不便。那么,能不能在一個(gè)植入式給藥系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多種藥物的控制釋放呢?由于傳統(tǒng)的植入給藥系統(tǒng)制備工藝所固有的缺陷,對(duì)于這個(gè)嶄新的研究鮮見報(bào)道[2]。

本文應(yīng)用三維打印制備工藝[3-5],結(jié)合可降解聚乳酸高分子研制一種可承載多藥物的植入式給藥系統(tǒng)。左氟沙星和利福平是骨科感染臨床治療中適合于組合用藥的匹配[6-7]。我們以左氟沙星和利福平為模型藥物,制備具有分階段釋放藥物特性的植入式給藥系統(tǒng),同時(shí)對(duì)該植入式給藥系統(tǒng)的體外釋藥行為進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 主要試劑及主要儀器

主要材料:利福平(Rifampicin,RFP)(邯鄲滏榮原料藥有限公司);左氟沙星Levofloxacin (LVFX)(第一制藥(北京)有限公司);左旋聚乳酸L-PLA(Mw=20 K(GPC),成都迪康中科生物醫(yī)學(xué)材料有限公司);氯化鈉(上海試一化學(xué)試劑有限公司,AR);丙酮(上海試一化學(xué)試劑有限公司,AR);乙醇(上海試一化學(xué)試劑有限公司,AR);聚乙二醇(上海試一化學(xué)試劑有限公司,AR);聚乙烯吡咯烷酮(中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司,AR);其他試劑都是由上?；瘜W(xué)試劑公司提供,分析純。

主要儀器:UV-2102PC紫外分光光度計(jì)(日本島津公司);Quanta 200環(huán)境掃描電子顯微鏡(FEI公司);SHY-100A恒溫水浴搖床(湖南湘儀公司)。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以 2種藥物組分構(gòu)建的植入式給藥系統(tǒng)如圖 1所示,圖中以 2種不同顏色表示 2種藥物組分。a圖是簡單的雙層結(jié)構(gòu),每一層含 1種藥物,其中每一層是藥物均勻分布在聚乳酸載體中的骨架結(jié)構(gòu),A-A表示其沿圓盤直徑斷面剖面圖;b圖是復(fù)雜的雙層結(jié)構(gòu),一種藥物處于一層囊心結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,另一層則是第 2種藥物均勻分布在聚乳酸載體中的骨架結(jié)構(gòu), A-A表示其沿圓盤直徑斷面剖面圖。藥物組分分布不同的植入劑如表 1所示。

圖1 植入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

表1 藥物組分分布不同的植入劑

將植入劑置于真空干燥器中,充分后在-25℃冷卻,然后沿中心切開得到需要觀察的橫截面。用環(huán)境掃描電鏡觀察植入劑的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3 組合藥物中各組分濃度檢測(cè)

本實(shí)驗(yàn)參考釋放度測(cè)定法(中國藥典2000版附錄XC),以20 m L生理鹽水裝入試管中為釋放介質(zhì),將試管置于 37±0.5℃的恒溫水浴搖床中,定時(shí)分別取出釋放溶液,并即時(shí)更換新鮮生理鹽水 20 m L。分別精密量取釋放溶液適量,依紫外分光光度法(中國藥典2000版 2部附錄ⅣA)分別測(cè)定吸收度,分別計(jì)算出每片在不同時(shí)間藥物的釋放量[8]。

設(shè) 2組分體系由被測(cè)組分 X和 Y組成,它們?cè)诓ㄩL λ1,λ2處的吸光度分別為 Ax1、Ax2和Ay1和 Ay2,不妨假設(shè) X在 λ1處有最大紫外吸收,Y在 λ2處有最大紫外吸收,混合物在波長λ1,λ2處的紫外吸光度分別為 A1、A2,則有下式成立:

式(1)中Ax1和Ay2就是X和Y組分在各自最大吸收處的吸光度;kx=Ax1/Ax2;ky=Ay1/ Ay2。

左氟沙星和利福平(分別為X和Y組分)在292 nm和 474 nm處有最大紫外吸收度。分別稱取 20 mg左氟沙星和利福平,于 105℃干燥至恒重,用電子天平精密稱定,分別置于100 mL容量瓶中,稀釋,搖勻,定容備用。分別精密量取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0 m L,置于50 mL量瓶中,用生理鹽水溶液稀釋至刻度,以生理鹽水溶液作為空白溶液,于292 nm和474 nm波長處測(cè)定吸光度Ax1、Ax2和 Ay1、Ay2,并計(jì)算比值 kx和ky,平均值分別為3.8和0.23。

精密量取上述利福平標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 4.0 mL置于 50 mL量瓶中,用生理鹽水溶液稀釋至刻度。精密量取 10 mL分別和上述不同濃度的左氟沙星溶液各 10 mL充分混合,得到不同比例的左氟沙星和利福平藥物組分的混合物。以生理鹽水溶液作為空白溶液,于 292 nm和474 nm波長處測(cè)定吸光度。用上述方法檢測(cè)后,標(biāo)準(zhǔn)濃度混合物中 2種藥物成分測(cè)量濃度誤差均在 2%范圍以內(nèi)。因此,用該方法測(cè)定混合藥物中左氟沙星和利福平組分的釋放濃度是可行的。所以對(duì)左氟沙星和利福平 2組分混合溶液分別在 292 nm和 474 nm時(shí)測(cè)定A1和A2值,代入式(1),可得各自的最大吸光度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 植入劑界面結(jié)構(gòu)

對(duì)含有左氟沙星和利福平雙組分的雙層結(jié)構(gòu)分界處進(jìn)行環(huán)境掃描電鏡觀察,如圖 2 (a)所示,可以看出植入劑在分界處結(jié)構(gòu)完整,沒有明顯界面出現(xiàn)。

Zhou等[2]采用傳統(tǒng)分階段工藝制備植入制劑的層間有明顯的分界區(qū)域(見圖2(b)),在該制劑的釋放時(shí)間內(nèi)(30 d)該分界區(qū)域結(jié)構(gòu)保持不變,所以作者認(rèn)為這一明顯分界不會(huì)影響藥物成分的釋放行為,由于這一分界導(dǎo)致每層的釋藥表面積的影響也被忽略。但是實(shí)際上,藥劑學(xué)研究認(rèn)為植入劑在釋藥過程中結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是釋藥穩(wěn)定的重要影響因素之一[9]。對(duì)于多層結(jié)構(gòu)植入劑來說,良好的層間結(jié)構(gòu)可以避免植入制劑在釋藥過程中出現(xiàn)分層、脫離等現(xiàn)象,從而可以保證植入制劑的藥物釋放達(dá)到預(yù)期的效果。

圖2 組合藥物植入劑(a)和傳統(tǒng)報(bào)道植入劑(b)層間分界處的環(huán)境掃描電鏡圖

2.2 多藥物植入劑的體外釋放行為

2.2.1 簡單結(jié)構(gòu)多藥物植入劑的體外釋放

將左氟沙星和利福平混合均勻后作為混合藥物組分,依照單一藥物組分骨架型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制備混合藥物的植入劑 A。按圖 1中 a的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制備 2個(gè)藥物組分分別位于雙層結(jié)構(gòu)中的一層的雙層植入劑 B。植入劑A和 B的體外釋放曲線如圖 3所示。

圖3 含多種藥物成分植入劑的體外釋放曲線

由圖 3可以看出,對(duì)每一個(gè)單獨(dú)藥物組分來說,其體外釋放曲線都符合典型的骨架型結(jié)構(gòu)釋放曲線。比較左氟沙星和利福平在制劑A和 B中的釋放速度,很明顯,左氟沙星的釋放比利福平快一些,其原因可能是 2種藥物水溶性的差異所導(dǎo)致。由于利福平不溶于水,而左氟沙星溶于水,所以處于制劑外層的左氟沙星比利福平更容易溶解于水,并釋放出來,而且隨著水分子不斷進(jìn)入制劑內(nèi)部,更多左氟沙星分子可以溶解釋放出來。

同一藥物組分從制劑 A和B中的釋放特性來看,左氟沙星從制劑 A比 B中更易于釋放出來;而利福平在B制劑中釋放速度比在A制劑中釋放速度稍快些,基本相當(dāng)。

究其原因:一方面,制劑 A具有比制劑 B更大的釋放表面積,導(dǎo)致其中的藥物分子可以更快釋放出來;另一方面,由于在制劑 A中,整個(gè)骨架結(jié)構(gòu)中均勻分布著左氟沙星和利福平分子,一種藥物分子可能就會(huì)起到阻礙另一種藥物分子釋放的作用,上述 2個(gè)方面的綜合結(jié)果導(dǎo)致一種藥物分子最終的釋放速度。對(duì)左氟沙星來說,基于其良好的水溶性,結(jié)構(gòu)表面積對(duì)釋放起主要作用。雖然利福平在制劑A中可能起到一定阻礙,但可以忽略,因此左氟沙星在制劑 A中比B中易于釋放;而對(duì)利福平來說,其水溶性不佳,表面積對(duì)其釋放影響不大,在制劑A中,左氟沙星的存在對(duì)利福平的阻礙作用就顯現(xiàn)出來,而利福平在制劑 B中沒有對(duì)其阻礙的其他藥物分子,因此,利福平在制劑 B中釋放速度比在制劑 A中速度稍快或變化不大。

2.2.2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)多藥物植入劑的體外釋放

結(jié)合對(duì)雙組分藥物的雙層釋藥研究,可以構(gòu)想:將一種藥物控制在一層的囊心部分滯后釋放,即囊心結(jié)構(gòu)層;而在另一層結(jié)構(gòu)中的另一種藥物均勻分布在載體材料中,即骨架結(jié)構(gòu)層,從而實(shí)現(xiàn) 2種藥物分子依次分階段釋放。這一復(fù)雜設(shè)計(jì)見圖 1中的 b結(jié)構(gòu),其體外釋放曲線如圖 4所示。

圖4(a)是囊心結(jié)構(gòu)層囊心部分載入左氟沙星,而另一骨架結(jié)構(gòu)層載入利福平結(jié)構(gòu)植入劑 C的體外釋放,可以看出,組分利福平的釋放行為與在單組分骨架型植入劑中的釋放行為(見圖3)類似,前5 d釋放利福平約33%, 10 d后出現(xiàn)穩(wěn)定的釋放。而左氟沙星的釋放行為分為 2個(gè)階段,在第 1階段左氟沙星很少釋放出來,前 15 d釋放量約 3%。大約 20 d后,大量的左氟沙星釋放才開始出現(xiàn),也就是植入劑的滯后釋放時(shí)間較長(約 20 d),釋放速度也相對(duì)較低。其原因可能與植入劑的結(jié)構(gòu)以及左氟沙星在各自植入劑中的釋放表面積有關(guān)。

將藥物組分左氟沙星和利福平在植入劑的囊心結(jié)構(gòu)層囊心與骨架層的位置調(diào)換,也就是在囊心結(jié)構(gòu)層囊心部分載入利福平,而另一骨架結(jié)構(gòu)層載入左氟沙星,同樣其植入劑 D體外釋放曲線如圖4(b)所示。

圖4 分階段藥物釋放植入劑的體外釋放曲線

研究發(fā)現(xiàn),植入劑中的左氟沙星的體外釋放很快就開始,前 5 d釋放量就達(dá)到 60%以上。而利福平的釋放有一段時(shí)間(約 35 d)的滯后,35 d后才開始大量的釋放。由于結(jié)構(gòu)中利福平釋放受到骨架層的阻滯,藥物難于通過骨架層面釋放,所以釋放表面積小,釋放時(shí)間更加滯后。

3 結(jié)論

1)制備的多層結(jié)構(gòu)植入劑分界處結(jié)構(gòu)完整,無明顯界面,可以充分保證植入劑的藥物釋放達(dá)到預(yù)期的效果。

2)具有簡單結(jié)構(gòu)組合藥物植入劑體外釋放研究表明,對(duì)每一個(gè)單獨(dú)藥物組分來說,其體外釋放都符合典型的骨架型結(jié)構(gòu)釋放曲線特性;藥物組分的水溶性決定藥物的釋放速度,水溶性好的藥物組分更容易從藥物制劑中釋放出來。

3)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)組合藥物植入劑體外釋放研究表明,每一個(gè)單獨(dú)藥物組分各自獲得時(shí)間不同的滯后釋放,實(shí)現(xiàn) 2種藥物組分分階段釋放。這一分階段釋放的特性具有一定的臨床用藥價(jià)值。

[1] 黃衛(wèi)東,伍衛(wèi)剛,鄭啟新,等.植入式給藥制劑的研究進(jìn)展[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào),2008,24 (4):26-30

[2] Zhou T,Lewis H,Forster R,et al.Development ofmultiple-drug delivery implant for intraocular management of proliferative vitreoretinopathy[J]. JControl Release,1998,55:281-295

[3] Weidong HUANG,Qixin ZHENG,Xiangliang YANG,et al.Levofloxacin implants with predefined microstructure fabricated by three-dimensional printing technique[J].International Journal of Pharmaceutics,2007,339:33-38

[4] Martin RB.Bone ingrowth andmechanical properties of coralline hydroxyapatite one year after implantation[J].Biomaterials,1993,14:341-348

[5] 黃衛(wèi)東,鄭啟新,劉先利,等.三維打印技術(shù)制備植入式藥物控釋裝置及體外釋藥研究[J].中國新藥雜志,2009,18(20):1989-1994

[6] Lam C,Mo X.Scaffold development using3D printingwith a starch-based polymer[J].Matereials Science and Engineering,2002,20:49-56

[7] Sarah LT,Tejal AD.M icrofabricated drug delivery systems:from particles to pores[J].Advanced Drug Delivery Reviews,2003,55:315–328

[8] Achim G.Bioerodible implantswith programmable drug release[J].J Control Release,1997, 44:271-281

[9] 陸彬.藥物新劑型與新技術(shù)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,1998:314