组合药物植入剂体外释药行为研究*

黄卫东 李胜方 邹 涛 夏贤友 刘 颋

(黄石理工学院化学与材料工程学院,湖北黄石 435003)

目前,骨科疾患联合用药基本上采用 2种形式,即关节腔内交替注射不同药物和交替口服不同药物[1]。这些给药方式由于用药频繁,给患者造成许多痛苦和不便。那么,能不能在一个植入式给药系统中实现多种药物的控制释放呢?由于传统的植入给药系统制备工艺所固有的缺陷,对于这个崭新的研究鲜见报道[2]。

本文应用三维打印制备工艺[3-5],结合可降解聚乳酸高分子研制一种可承载多药物的植入式给药系统。左氟沙星和利福平是骨科感染临床治疗中适合于组合用药的匹配[6-7]。我们以左氟沙星和利福平为模型药物,制备具有分阶段释放药物特性的植入式给药系统,同时对该植入式给药系统的体外释药行为进行了评价。

1 材料与方法

1.1 主要试剂及主要仪器

主要材料:利福平(Rifampicin,RFP)(邯郸滏荣原料药有限公司);左氟沙星Levofloxacin (LVFX)(第一制药(北京)有限公司);左旋聚乳酸L-PLA(Mw=20 K(GPC),成都迪康中科生物医学材料有限公司);氯化钠(上海试一化学试剂有限公司,AR);丙酮(上海试一化学试剂有限公司,AR);乙醇(上海试一化学试剂有限公司,AR);聚乙二醇(上海试一化学试剂有限公司,AR);聚乙烯吡咯烷酮(中国医药集团上海化学试剂公司,AR);其他试剂都是由上海化学试剂公司提供,分析纯。

主要仪器:UV-2102PC紫外分光光度计(日本岛津公司);Quanta 200环境扫描电子显微镜(FEI公司);SHY-100A恒温水浴摇床(湖南湘仪公司)。

1.2 结构设计

以 2种药物组分构建的植入式给药系统如图 1所示,图中以 2种不同颜色表示 2种药物组分。a图是简单的双层结构,每一层含 1种药物,其中每一层是药物均匀分布在聚乳酸载体中的骨架结构,A-A表示其沿圆盘直径断面剖面图;b图是复杂的双层结构,一种药物处于一层囊心结构的内部,另一层则是第 2种药物均匀分布在聚乳酸载体中的骨架结构, A-A表示其沿圆盘直径断面剖面图。药物组分分布不同的植入剂如表 1所示。

图1 植入系统的结构示意图

表1 药物组分分布不同的植入剂

将植入剂置于真空干燥器中,充分后在-25℃冷却,然后沿中心切开得到需要观察的横截面。用环境扫描电镜观察植入剂的微观结构。

1.3 组合药物中各组分浓度检测

本实验参考释放度测定法(中国药典2000版附录XC),以20 m L生理盐水装入试管中为释放介质,将试管置于 37±0.5℃的恒温水浴摇床中,定时分别取出释放溶液,并即时更换新鲜生理盐水 20 m L。分别精密量取释放溶液适量,依紫外分光光度法(中国药典2000版 2部附录ⅣA)分别测定吸收度,分别计算出每片在不同时间药物的释放量[8]。

设 2组分体系由被测组分 X和 Y组成,它们在波长 λ1,λ2处的吸光度分别为 Ax1、Ax2和Ay1和 Ay2,不妨假设 X在 λ1处有最大紫外吸收,Y在 λ2处有最大紫外吸收,混合物在波长λ1,λ2处的紫外吸光度分别为 A1、A2,则有下式成立:

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

左氟沙星和利福平(分别为X和Y组分)在292 nm和 474 nm处有最大紫外吸收度。分别称取 20 mg左氟沙星和利福平,于 105℃干燥至恒重,用电子天平精密称定,分别置于100 mL容量瓶中,稀释,摇匀,定容备用。分别精密量取标准储备液 0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0 m L,置于50 mL量瓶中,用生理盐水溶液稀释至刻度,以生理盐水溶液作为空白溶液,于292 nm和474 nm波长处测定吸光度Ax1、Ax2和 Ay1、Ay2,并计算比值 kx和ky,平均值分别为3.8和0.23。

精密量取上述利福平标准储备液 4.0 mL置于 50 mL量瓶中,用生理盐水溶液稀释至刻度。精密量取 10 mL分别和上述不同浓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药物组分的混合物。以生理盐水溶液作为空白溶液,于 292 nm和474 nm波长处测定吸光度。用上述方法检测后,标准浓度混合物中 2种药物成分测量浓度误差均在 2%范围以内。因此,用该方法测定混合药物中左氟沙星和利福平组分的释放浓度是可行的。所以对左氟沙星和利福平 2组分混合溶液分别在 292 nm和 474 nm时测定A1和A2值,代入式(1),可得各自的最大吸光度。

2 实验结果与讨论

2.1 植入剂界面结构

对含有左氟沙星和利福平双组分的双层结构分界处进行环境扫描电镜观察,如图 2 (a)所示,可以看出植入剂在分界处结构完整,没有明显界面出现。

Zhou等[2]采用传统分阶段工艺制备植入制剂的层间有明显的分界区域(见图2(b)),在该制剂的释放时间内(30 d)该分界区域结构保持不变,所以作者认为这一明显分界不会影响药物成分的释放行为,由于这一分界导致每层的释药表面积的影响也被忽略。但是实际上,药剂学研究认为植入剂在释药过程中结构的稳定性是释药稳定的重要影响因素之一[9]。对于多层结构植入剂来说,良好的层间结构可以避免植入制剂在释药过程中出现分层、脱离等现象,从而可以保证植入制剂的药物释放达到预期的效果。

图2 组合药物植入剂(a)和传统报道植入剂(b)层间分界处的环境扫描电镜图

2.2 多药物植入剂的体外释放行为

2.2.1 简单结构多药物植入剂的体外释放

将左氟沙星和利福平混合均匀后作为混合药物组分,依照单一药物组分骨架型结构设计,制备混合药物的植入剂 A。按图 1中 a的结构设计,制备 2个药物组分分别位于双层结构中的一层的双层植入剂 B。植入剂A和 B的体外释放曲线如图 3所示。

图3 含多种药物成分植入剂的体外释放曲线

由图 3可以看出,对每一个单独药物组分来说,其体外释放曲线都符合典型的骨架型结构释放曲线。比较左氟沙星和利福平在制剂A和 B中的释放速度,很明显,左氟沙星的释放比利福平快一些,其原因可能是 2种药物水溶性的差异所导致。由于利福平不溶于水,而左氟沙星溶于水,所以处于制剂外层的左氟沙星比利福平更容易溶解于水,并释放出来,而且随着水分子不断进入制剂内部,更多左氟沙星分子可以溶解释放出来。

同一药物组分从制剂 A和B中的释放特性来看,左氟沙星从制剂 A比 B中更易于释放出来;而利福平在B制剂中释放速度比在A制剂中释放速度稍快些,基本相当。

究其原因:一方面,制剂 A具有比制剂 B更大的释放表面积,导致其中的药物分子可以更快释放出来;另一方面,由于在制剂 A中,整个骨架结构中均匀分布着左氟沙星和利福平分子,一种药物分子可能就会起到阻碍另一种药物分子释放的作用,上述 2个方面的综合结果导致一种药物分子最终的释放速度。对左氟沙星来说,基于其良好的水溶性,结构表面积对释放起主要作用。虽然利福平在制剂A中可能起到一定阻碍,但可以忽略,因此左氟沙星在制剂 A中比B中易于释放;而对利福平来说,其水溶性不佳,表面积对其释放影响不大,在制剂A中,左氟沙星的存在对利福平的阻碍作用就显现出来,而利福平在制剂 B中没有对其阻碍的其他药物分子,因此,利福平在制剂 B中释放速度比在制剂 A中速度稍快或变化不大。

2.2.2 复杂结构多药物植入剂的体外释放

结合对双组分药物的双层释药研究,可以构想:将一种药物控制在一层的囊心部分滞后释放,即囊心结构层;而在另一层结构中的另一种药物均匀分布在载体材料中,即骨架结构层,从而实现 2种药物分子依次分阶段释放。这一复杂设计见图 1中的 b结构,其体外释放曲线如图 4所示。

图4(a)是囊心结构层囊心部分载入左氟沙星,而另一骨架结构层载入利福平结构植入剂 C的体外释放,可以看出,组分利福平的释放行为与在单组分骨架型植入剂中的释放行为(见图3)类似,前5 d释放利福平约33%, 10 d后出现稳定的释放。而左氟沙星的释放行为分为 2个阶段,在第 1阶段左氟沙星很少释放出来,前 15 d释放量约 3%。大约 20 d后,大量的左氟沙星释放才开始出现,也就是植入剂的滞后释放时间较长(约 20 d),释放速度也相对较低。其原因可能与植入剂的结构以及左氟沙星在各自植入剂中的释放表面积有关。

将药物组分左氟沙星和利福平在植入剂的囊心结构层囊心与骨架层的位置调换,也就是在囊心结构层囊心部分载入利福平,而另一骨架结构层载入左氟沙星,同样其植入剂 D体外释放曲线如图4(b)所示。

图4 分阶段药物释放植入剂的体外释放曲线

研究发现,植入剂中的左氟沙星的体外释放很快就开始,前 5 d释放量就达到 60%以上。而利福平的释放有一段时间(约 35 d)的滞后,35 d后才开始大量的释放。由于结构中利福平释放受到骨架层的阻滞,药物难于通过骨架层面释放,所以释放表面积小,释放时间更加滞后。

3 结论

1)制备的多层结构植入剂分界处结构完整,无明显界面,可以充分保证植入剂的药物释放达到预期的效果。

2)具有简单结构组合药物植入剂体外释放研究表明,对每一个单独药物组分来说,其体外释放都符合典型的骨架型结构释放曲线特性;药物组分的水溶性决定药物的释放速度,水溶性好的药物组分更容易从药物制剂中释放出来。

3)具有复杂结构组合药物植入剂体外释放研究表明,每一个单独药物组分各自获得时间不同的滞后释放,实现 2种药物组分分阶段释放。这一分阶段释放的特性具有一定的临床用药价值。

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