埃洛石:缓释药物的新型载体

杜阳，刘颖，冯年平

埃洛石:缓释药物的新型载体

杜阳，刘颖，冯年平*

(上海中医药大学中药学院，上海201203)

埃洛石为一种由硅酸铝盐形成的双层纳米管，其比表面积和内部空腔体积较大，热稳定性好，可有效延缓所载药物的释放速率，且具有较高安全性，故而近年来备受药学研究人员的关注。对埃洛石的结构、性质及其用作缓释制剂载体的研究进展进行综述。

埃洛石;纳米管;缓释;药物载体

埃洛石(halloysite)是由硅酸铝盐形成的天然纳米管，在材料科学研究领域中，常被用作防火材料和抗腐蚀涂层添加剂等［1－2］;因具有较为特殊的性质——比表面积大、热稳定性好、无毒，且价格低廉，因而具有较高的经济价值［3－4］;近年来又发现其用作药物载体时可有效延缓药物释放，故也逐渐受到药学研究人员的关注。目前，埃洛石用作药物载体及药用辅料的研究已成为国内外药剂学研究热点之一。本文就埃洛石的结构、性质及相关新型给药系统的制备工艺作一综述，旨在为该材料及其相关制剂的深入研发提供一定参考。

1 埃洛石的性状和特点

埃洛石为一种具有由氧化铝层和氧化硅层交替堆叠形成的双层结构的硅酸盐矿物，其结构通式为Al2Si2O5(OH)4·nH2O。埃洛石的化学组成与高岭石相同，但埃洛石在自然条件下呈中空管状结构而非平面结构。对于天然埃洛石，其结构通式中结合水分子数(n)为2，氧化铝和氧化硅层间有一层水分子，每个结构单元的层高为10 Å，即呈现“埃洛石－10 Å”状态，但加热至90～150℃时，其会损失结合水，结构单元的层高降为7 Å，此过程不可逆［5－6］。埃洛石纳米管(见图1)管长约500～1 000 nm，管腔内径约15～50 nm，具体数值随埃洛石开采地点不同而变化。埃洛石表面有丰富的羟基，故而极性较大，易于被水浸润;其羟基亦可作为对埃洛石表面进行改性的目标基团［7－8］。

图1 埃洛石纳米管的透射电镜图Figure 1The transmission electron micrographs of halloysite nanotubes

一般来说，在生理pH环境下埃洛石表面带有负电荷。例如，Levis等［9］测量了埃洛石在不同pH值的0.001 mol·L－1氯化钾溶液中的Zeta电位，结果显示，氯化钾溶液pH在2～10范围内时，埃洛石表面呈负电性;研究人员将埃洛石置于含弱碱性阳离子染料中性红(NR)及亚甲基蓝(MB)的水溶液中后，发现埃洛石均可吸附这2种染料，当吸附达到平衡时埃洛石对NR和MB的最大吸附量分别为65.45和84.32 mg·g－1［10－11］。需指出的是，埃洛石这一性质可能仍不足以维持其水分散体的稳定，其分散体长时间静置会发生沉淀［12］。

埃洛石的中空管状结构使其在用作药物载体时可有效保护药物分子在到达靶组织前不被外界环境破坏。此外，埃洛石用作药物载体时可使药物缓慢释放，该缓释作用可能归因于埃洛石的2个特点: 1)埃洛石表面存在对药物分子的吸附与解吸附过程，使得药物从埃洛石上的释放速率较为缓慢; 2)埃洛石管腔内外液体交换速率相对较低，造成装载于管腔内的药物释放速率有所下降［13］。

研究证实，埃洛石无细胞毒性，是一种安全的药物载体材料。Veerabadran等［14］考察了埃洛石对成纤维细胞的毒性:将细胞加入96孔细胞培养板中，并与埃洛石(终浓度为100 mg·L－1)共培养48 h，洗板，滴加CellTiter－96单溶液细胞增殖检测试剂，并对活细胞数量进行检测，结果表明埃洛石对成纤维细胞无毒性。此前，曾有研究人员考察过另一种载体——碳纳米管(一种由碳原子构成的纳米管，由五边形和六边形碳环微结构单元组成，按其石墨烯片层数可分为单壁和多壁碳纳米管，该载体具有的空腔管体亦可容纳生物特异性分子及药物)的安全性，即在人胚胎肾细胞系(HEK 293)、人表皮成纤维细胞(HSF42)和人胚肺成纤维细胞(IMR－90)中对其进行细胞毒试验，结果显示，碳纳米管终浓度为0.5 mg·L－1时细胞存活率即显著降低，且碳纳米管对细胞增殖的抑制作用呈浓度依赖性，其产生毒性的原因可能是，其能渗透至细胞核，从而导致细胞功能受损［15－17］。由此可见，埃洛石纳米管用作药物载体的安全性高于碳纳米管，更具应用潜力。

2 埃洛石用作药物缓释载体

埃洛石纳米管在药学领域的研究近年来逐渐受到国内外研究人员的关注。埃洛石纳米管可用于装载分子直径小于其管腔的各种活性成分，如水溶性或难溶性药物和小分子蛋白酶等［3，18－19］，其用于口服制剂、植入剂和膜剂等多种剂型的研究报道已有很多;此外，亦有研究报道埃洛石可用作其他材料的添加物，例如载药电纺复合纳米纤维(drug－loaded electrospun composite nanofibers)的制备中就使用了埃洛石。研究证实，添加了埃洛石的载药纳米纤维其机械强度增加，且具有药物缓释性能，在组织工程和药剂学方面表现出良好的应用前景［20－21］。

2.1 用于口服制剂

用埃洛石包载水溶性口服药物的工艺通常较为简单，只要将埃洛石与药物水溶液混合，然后烘干至恒重，再经研细、过筛，即可。如Price等［13］将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)载入埃洛石纳米管中:先将NAD溶于质量浓度为50 g·L－1的聚乙烯吡咯烷酮中制成饱和水溶液，加入埃洛石，混合均匀，置于真空环境除去纳米管内空气，再分散于50 mL水中，以2 000 r·min－1离心10 min，弃上清，沉淀物置真空干燥箱烘烤12 h至恒重，研细，过筛，即得载有NAD的埃洛石。体外药物释放研究结果显示，载有NAD的埃洛石制剂在蒸馏水中的释药曲线最接近Higuchi模型，在最初突释过程中的释放量为20%，而6 h内释放量达80%，表明该载药埃洛石纳米管可实现药物缓释。

埃洛石包载疏水性药物的工艺与包载水溶性药物略有不同。如Veerabadran等［19］用埃洛石分别包载了呋塞米、硝苯地平和地塞米松等模型药物，制备方法为:以10%乙醇溶液溶解药物，制得其饱和溶液，加入10 mg埃洛石，混匀后先施加负压再回复常压，将沉淀离心，然后将沉淀再次加入饱和药物溶液中;重复上述施压、沉淀等步骤，整个载药过程控制在30 min内，最后，沉淀以去离子水清洗，真空干燥至恒重。体外药物释放研究结果显示，3种药物从埃洛石纳米管内部释放完毕所需时间比其从药物晶体中完全释放延长了25～75倍，表明药物在被载入埃洛石纳米管后释放速率明显降低。而且，用埃洛石包载难溶性药物，可在一定程度上提高药物的分散度。

为进一步提高埃洛石的缓释性能并降低药物突释作用，研究人员曾尝试对载药埃洛石进行包衣。埃洛石表面带有较多负电荷，可用带有正电荷的高分子通过静电吸附作用包覆在其表面，形成以载药埃洛石为核心，高分子为包衣的纳米颗粒。致密的包衣膜不仅可减慢埃洛石中药物的释放速率，还可有效减少吸附于埃洛石表面的药物因过快解吸附而在释放初期造成的突释。Levis等［22］制备了壳聚糖包衣的盐酸地尔硫埃洛石制剂:首先将1.5 g埃洛石与1.5 mL盐酸地尔硫溶液(400 g·L－1)混合，置于真空管中施以负压(－30 mmHg，1 mmHg相当于133 Pa)，30 s后恢复常压，重复2次，以除去载药埃洛石纳米管内空气，离心，将沉淀物转移至真空干燥箱，于50℃干燥过夜至恒重，研细，过筛，即得载有盐酸地尔硫的埃洛石;将制得的载药埃洛石和50 mL壳聚糖包衣液(壳聚糖和埃洛石质量比为1∶25)置于圆底烧瓶中，加入交联剂戊二醛(100～200 g·L－1)适量，立即以500 r·min－1转速搅拌2 min，混悬液离心10 min，将沉淀物转移至真空干燥箱，于50℃干燥过夜至恒重，研细，过筛，最终制得壳聚糖包衣的盐酸地尔硫埃洛石制剂。在pH 6.8的McIlvaine缓冲液中进行的药物释放研究显示，包衣后的载药埃洛石10 min时的药物释放量为30%，8 h后的释放量方达80%;而未包衣时，10 min内的药物释放量可达70%以上，1 h内即可释放90%的药量，表明包衣后的载药埃洛石具有更显著的缓释效果，且能有效控制药物突释。此外，该课题组发现，在用壳聚糖包衣时，加入适量的戊二醛可使壳聚糖分子形成网状结构，进一步减慢盐酸地尔硫的释放速率。

除上述介绍的单层包衣外，还可采用层－层自组装(layer－by－layer，LBL)法对载药埃洛石进行多层包衣。Veerabadran等［14］利用不同离子类型的聚合物［阳离子包衣材料为聚丙烯胺盐酸盐(PAH，相对分子质量为70 000)，阴离子包衣材料为聚苯乙烯磺酸钠(PSS，相对分子质量为70 000)］对载药埃洛石进行包衣:将10 mg载地塞米松的埃洛石加入0.75 mL质量浓度为3 g·L－1的PAH水溶液中，静置，离心，取沉淀加入0.75 mL质量浓度为3 g·L－1的PSS溶液，重复上述静置和离心步骤，最终制得以载药埃洛石为核心的多层包衣制剂。经石英微天平分析仪测得，该包衣制剂的每层PAH－PSS厚度为(2.5±0.5)nm，载药量约占制剂总质量的7%。在pH 6.5的缓冲液中进行的体外释放研究结果显示，用PAH－PSS包衣的制剂和未包衣制剂1 h内的释药量分别25%和41%，6 h释药量分别为35%和75%，表明多层包衣技术可有效提高载药埃洛石制剂的缓释性能。此外，该课题组还采用不同相对分子质量的PAH和PSS对载药埃洛石进行包衣，并测定其体外释放速率，结果发现，包衣制剂的缓释效果与包衣材料相对分子质量呈正相关，其原因可能是，当所用PAH和PSS的相对分子质量增加时，其构成的网状结构的间隙减小，膜通透性下降，导致地塞米松的透过速率下降。LBL技术的另一优点是可通过控制每层包衣的厚度及总包衣层数精确控制包衣膜厚度，从而有效控制包衣载药埃洛石制剂的缓释性能。

2.2 用于缓释植入剂

缓释植入剂具有可显著降低病人用药次数并将血药浓度长时间维持在治疗窗内的优点，目前已有采用埃洛石和高分子材料制备缓释植入剂的研究报道。Kelly等［18］制备了壳聚糖包衣的载有四环素碱(tetracycline base)的埃洛石凝胶植入剂:将埃洛石与四环素碱溶液混合，加负压，干燥，即得载四环素碱的埃洛石;将此载药埃洛石分散在0.2%壳聚糖溶液(埃洛石与壳聚糖质量比为1∶0.114)中，放置90 s，离心，干燥，即得壳聚糖包衣的载药埃洛石，其中四环素碱质量分数为32.5%;在蒸馏水中加入PEG及泊洛沙姆407，置于4℃过夜水合，然后加入壳聚糖包衣的载药埃洛石，混匀，使其质量浓度为0.2 g·L－1，即得注射用植入剂，其所含泊洛沙姆407、聚乙二醇20000、氰基丙烯酸辛酯及水分别为20%、0.5%、1%和78.5%。该课题组通过手术方式在比格犬牙周袋上造成创伤，建立牙周炎模型，然后将其研制的植入剂单次注射至比格犬的牙周袋中，并在不同时间点取样分析。结果显示，注射了载药植入剂的比格犬牙周袋残留物中四环素碱的浓度在给药后第14 d达215.5 μg·g－1，第28 d时为223.69 μg·g－1，且在42 d内其平均值为212.4 μg·g－1;植入剂的释药行为与其中药物浓度无关，表现为零级释放。通常，四环素类药物的局部用制剂(如膜剂和软膏剂等)作用持续时间较短，而该课题组研制的这种载四环素碱的埃洛石凝胶植入剂则药效更加持久，且给药方便易行，极具应用前景。

2.3 用于微丸剂

研究人员发现，在微丸辅料中添加埃洛石可改善微丸的机械强度、稳定性及释药速率。Forsgren等［23］以埃洛石和微晶纤维素为辅料制备了芬太尼微丸:将埃洛石、微晶纤维素及芬太尼按质量比63.7∶35.0∶1.3混合搅拌10 min，加适量水制成软材，以挤出滚圆法即制得粒径为1.5 mm的微丸，其载药量为1.3%。该课题组对完整及碎裂的此微丸在pH 6.8的氢氧化钠－磷酸二氢钾缓冲液及48%乙醇溶液中的释放行为进行了考察，结果显示，完整及碎裂的微丸均具一定缓释作用，完整微丸中芬太尼在所有释放介质中均能在3～4 h释放完毕，碎裂微丸需2～3 h，两者释放曲线均与Weibull方程有较高的拟合度。该芬太尼微丸具有缓释作用的原因可能为:在介质pH大于2的条件下，埃洛石表面的羧基失去氢离子而带负电，而芬太尼为阳离子药物，因此埃洛石对芬太尼具有一定吸附作用，进而导致芬太尼释放速率变缓。

汪琴等［24］利用埃洛石表面羟基可与丙烯酸及N，N'－亚甲基双丙烯酰胺发生聚合的原理制备了载有双氯芬酸钠的壳聚糖接枝聚丙烯酸－埃洛石－海藻酸钠复合凝胶微球:将0.25 g双氯芬酸钠溶于100 mL水，加入0.5 g壳聚糖接枝聚丙烯酸－埃洛石，3 h后再加入3.0 g海藻酸钠反应4 h，将此反应液滴加到300 mL CaCl2溶液(30 g·L－1)中进行交联，最后洗净并烘干，即得。该凝胶微球具有pH敏感性，在酸性溶液中，其羧酸根离子转变为羧基，而羧基、酰胺基和羟基之间的氢键作用增加了聚合物之间的物理缠绕，从而提高了凝胶微球的物理交联密度，因此在低pH值时，微丸溶胀率较低;随着pH值升高，氢键作用减弱，微球的物理交联密度降低，迅速溶胀。体外药物释放实验结果显示，该微球在pH 2.1缓冲液中几乎不释放双氯芬酸钠，而在pH 6.8缓冲液中可释放药物，提示该凝胶微球具有pH敏感性，或可开发为肠溶制剂;微球在pH 6.8的缓冲液中2 h及7 h的双氯芬酸钠累积释放率分别为70%和90%，表现出一定的缓释特性。研究结果还显示，加入适量的埃洛石可提高凝胶微球的溶胀率，从而有利于药物的载入:埃洛石加入量分别为0%、10%、30%和50%时，凝胶微球对药物的包封率分别为76.05%、87.73%、91.07%和71.72%。分析认为，埃洛石表面的羟基可与有机单体发生共聚，在一定程度上发挥类似交联剂的作用，因此，在凝胶微球的制备过程中，适量地加入埃洛石可减少凝胶中线型聚合物的物理缠绕，从而改善网络结构，提高凝胶的溶胀率。

2.4 用于膜剂

近来亦有文献报道，在膜剂的制备过程中将埃洛石与适宜的高分子材料混合加入，可提高制剂的机械性能及生物相容性。Zhou等［25］将20 mL埃洛石混悬液与50 mL聚乙烯醇(PVA)溶液混合，超声处理2 h，然后依次加入0.4 mL戊二醛(250 g·L－1)、0.2 mL硫酸溶液(10 g·L－1)、0.4 mL甲醇溶液(50 g·L－1)和0.6 mL醋酸(10 g·L－1)，使PVA发生交联，将此混合物铺于玻璃板上，置室温下干燥48 h，最后于45℃下干燥3 h，即得埃洛石质量分数分别为2%、5%、7.5%和10%的埃洛石/PVA膜。在MC3T3－E1成骨细胞及NIH3T3成纤维细胞中进行的体外测评结果显示，埃洛石质量分数为2%和5%的埃洛石/ PVA膜与MC3T3－E1细胞和NIH3T3细胞的黏附性均高于不含埃洛石的PVA膜。

3 结语

纳米管用作药物载体一度受到广泛关注，国内外在此研究领域也取得了一定成果，但部分纳米管如碳纳米管因存在毒性较大及价格昂贵等缺陷，致使其应用受到限制。有着良好生物相容性及低毒性的埃洛石纳米管的兴起，无疑为新型药物传递系统的深度研发提供了契机。目前，将埃洛石应用于口服制剂、植入剂和外用制剂的研究报道较多，但需强调的是，现阶段国内外对埃洛石新型给药系统的研究刚刚起步，虽有研究证实埃洛石纳米管对所载药物确有缓释效果，但其缓释效果有限，仍有诸多尚待改进之处，且目前有关埃洛石制剂体内过程的研究亦较少，只有将含埃洛石的注射型植入剂用于犬的报道。笔者所在实验室分别研制了包载从丹参及苦参这2种中药材中提取获得的2种单体成分——丹参素(阴离子药物)及苦参碱(阳离子药物)的埃洛石制剂，初步研究结果显示该埃洛石制剂有一定的体外缓释作用，目前该制剂经口给药的体内评价工作正在进行中。

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Halloysite:A Novel Carrier for Sustained Release Drugs

DU Yang，LIU Ying，FENG Nian－ping
(School of Chinese Materia Medica，Shanghai University of Traditional Chinese Medicine，Shanghai 201203，China)

Halloysite is a kind of natural double－layer nanotube which is composed of aluminosilicate.It has several advantages，such as large internal cavity volume，great specific surface area，good thermal stability，high safety，and the property of making the loaded substances release slowly，so this material has attracted more and more attention during these years.The structure and properties of halloysite，as well as the advances in research on halloysite used as carriers for sustained release preparations were reviewed in this paper.

halloysite;nanotube;sustained release;drug carrier

TB 383

A

1001－5094(2012)07－0315－06

［接受日期］2011－12－20*

冯年平，教授;

研究方向:中药新型给药系统的研发;

Tel:021－51322198;E-mail:npfeng@hotmail.com