聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶的体外药物释放特性

张　瑜，张　缨

(1. 河南大学 药物研究所，河南 开封 475004；2. 河南大学 软件学院，河南 开封 475004)

聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶的体外药物释放特性

张瑜1，张缨2

(1. 河南大学 药物研究所，河南 开封 475004；2. 河南大学 软件学院，河南 开封 475004)

摘要：目的研究聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶的体外药物释放特性，评价复合凝胶作为新型给药系统的应用。方法以盐酸小檗碱为模型药物，采用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶；在不同体外释放介质中，对复合凝胶的溶胀动力学、溶蚀动力学和药物释放进行测定，探讨复合凝胶的体外药物释放特性。结果复合凝胶的体外药物释放随介质pH增加而增加，随介质离子强度降低而增加，随介质中酶浓度增加而增加；复合凝胶的溶胀性能几乎不受介质pH影响，随介质离子强度降低而增加，随介质中酶浓度增加而增加；复合凝胶的溶蚀性能几乎不受介质离子强度影响，在0.1 mol/L盐酸介质中溶蚀增加，随介质中酶浓度增加而增加。结论聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶可作为pH、离子强度和酶敏感给药系统用于调控盐酸小檗碱的释放。

关键词：聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶；盐酸小檗碱；给药系统；体外释药

中图分类号：R944.15

文献标识码：识码： A

文章编号：编号： 1672-7606(2015)01-0021-05

收稿日期：2014-10-12

作者简介：张瑜(1972-)，男，河南开封人，博士，副教授，从事药剂学的教学与科研工作。

Abstract:ObjectiveTo study in vitro drug release characteristics of polyvinyl alcohol(PVA)/konjac glucomannan(KGM)complex hydrogel and to evaluate the complex hydrogel as new drug delivey system.MethodsThe PVA/KGM complex hydrogel containing berberine hydrochloride as model drug was prepared by freezing and thawing method. The effects of in vitro dissolution media on drug delivery,dynamic swelling and erosion percent of the complex hydrogel were studied respectively.ResultsThe berberine hydrochloride release rate increased with the increased of pH value, the decreased of ionic strength or the increased of β mannase concentration of the release media. The swelling ratio of the complex hydrogel was almost constant in media with different pH value. The swelling ratio of the complex hydrogel increased with the decreased of ionic strength or the increased of β mannase concentration of the release media. The erosion percent of the complex hydrogel was almost constant in released media with different ionic strength. The erosion percent of the complex hydrogel increased in medium of 0.1 mol/L HCl or with the increased of β mannase concentration of the release media. Conclusion The PVA/KGM complex hydrogel could used as pH sensitive, ionic strength sensitive or enzyme sensitive drug delivery system for berberine hydrochloride.

In vitro drug release characteristics of Polyvinyl alcohol/Konjac glucomannan complex hydrogel

ZHANG Yu1, ZHANG Ying2

(1.InstituteofMateriaMedica,HenanUniversity,Kaifeng,Henan475004，China；2.SoftwareSchoolofHenanUniversity,Kaifeng,Henan475004，China)

Key words: PVA/KGM complex hydrogel;berberine hydrochloride;drug delivery systems;in vitro drug release

聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，简称PVA)作为生物相容性良好的高分子材料，可与海藻酸钠、壳聚糖等材料混合，通过反复冷冻-解冻法制备得到复合凝胶，与PVA单独形成的凝胶相比，复合凝胶制备时间短、凝胶材料用量低、强度高和便于调控药物释放等优点[1-3]。前期课题组采用PVA和魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan,简称KGM)复配，采用反复冷冻-解冻法制备得到复合凝胶，固定体外释放条件，以药物释放为指标对凝胶的处方组成和制备工艺进行研究，探讨处方和工艺因素对凝胶体外药物释放的影响，优化聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶(简称PVA/KGM复合凝胶)的处方和制备工艺[4]。考虑到复合凝胶系统的实际药物释放环境相对复杂，采用单一释放介质不能系统评价PVA/KGM复合凝胶系统作为新型给药系统的可行性。我们试验采用前期优化处方和工艺，以盐酸小檗碱为模型药物制得载药PVA/KGM复合凝胶和空白PVA/KGM复合凝胶，在不同体外释放介质(介质pH值、离子强度和酶浓度)中，测定复合凝胶的溶胀动力学、溶蚀动力学和药物释放，探讨复合凝胶的体外药物释放特性，评价PVA/KGM复合凝胶作为新型给药系统应用的可行性。

1 仪器与试药

1.1 仪器

WFZ UV-2000紫外-可见分光光度计(龙尼柯仪器有限公司)；AB135-S十万分之一电子天平(瑞士梅特勒-托利多集团)；RCZ-8A智能药物溶出仪(天津大学精密仪器厂)。

1.2　试药

聚乙烯醇(聚合度1750±50，醇解度体积分数为99%，国药集团化学试剂有限公司)；魔芋葡甘露聚糖(黏度规格16 000mPa·s，成都协力魔芋科学种植加工园有限公司)；β-甘露聚糖酶(酶活力≥165 000 u/g，上海市宝丰生化有限公司)；盐酸小檗碱(含量98.2%，西安赛邦医药科技有限公司)；盐酸小檗碱对照品(110713-201212，HPLC归一化法测定含量为99.13%，中国食品药品检定研究院)，其他试剂均为分析纯。

2方法与结果

2.1　空白PVA/KGM复合凝胶的制备

称取适量PVA，加纯化水配制得到质量浓度为10%的PVA溶液；另称取适量KGM，加纯化水配制得到质量浓度为5%的KGM溶液；取等量PVA和KGM溶液混合，充分搅拌均匀，2 000 r/min离心脱气泡，得到PVA/KGM混合溶液(其中PVA与KGM的质量比为2∶1，PVA质量浓度为5%)，将上述混合溶液分装于5 mL离心管中，每管4 mL，然后置于-20 ℃条件下冷冻18 h，再置于8 ℃条件下解冻6 h，循环3次，将形成的复合凝胶置于真空干燥器中，40 ℃条件下干燥24 h，即得。

2.2　载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶的制备

同上法分别配制得到质量浓度为10%的PVA溶液和质量浓度为5%的KGM溶液；取等量PVA溶液和KGM溶液混合，同时加入适量盐酸小檗碱，充分搅拌混合均匀，2 000 r/min离心脱气泡，得到含盐酸小檗碱的PVA/KGM混合溶液(其中PVA∶KGM∶盐酸小檗碱的质量比为2∶1∶1，PVA质量浓度为5%)，同上法分装于5 mL离心管中，于-20 ℃和8 ℃条件下冷冻-解冻，循环处理3次，将形成的载药复合凝胶置于真空干燥器中，40 ℃条件下干燥24 h，即得。

2.3　盐酸小檗碱体外释放测定方法学

2.3.1紫外分光光度法测定用标准曲线精密称取盐酸小檗碱对照品20 mg，以纯化水为介质，配置得到盐酸小檗碱储备液(浓度为404.2 μg/mL)，分别精密吸取上述储备液适量，采用不同释放介质(分别为0.1 mol/L盐酸溶液、0.05 mol/L pH5.0磷酸盐缓冲液、0.05 mol/L pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.1 mol/L氯化钠的pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.2 mol/L氯化钠的pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.05 g/Lβ-甘露聚糖酶的pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.2 g/Lβ-甘露聚糖酶的pH6.8磷酸盐缓冲液)稀释定容得到系列浓度盐酸小檗碱溶液(浓度分别为0.808 4、1.617、2.425、3.234、6.467、12.93 μg/mL)，以相应释放介质作为空白对照，测定系列浓度盐酸小檗碱溶液的吸光度(测定波长均为344 nm)，对吸光度A与药物浓度C(μg/mL)进行线性回归，得系列标准曲线方程，见表1。

2.3.2稳定性实验采用不同释放介质，配制低、中、高浓度的盐酸小檗碱对照品溶液(分别为0.808 4、6.467、12.93 μg/mL，37 ℃水浴条件下放置10 h，于规定时间(分别为0、2、4、6、8、10 h)，测定其吸光度，计算RSD值。结果发现，不同释放介质的低、中、高3种浓度溶液的RSD值均低于1.50%，表明进行复合凝胶体外药物释放研究时，在所考察的时间范围内，盐酸小檗碱在不同介质中均稳定性良好。

2.3.3载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶体外释放度测定取载盐酸小檗碱的PVA/KGM复合凝胶，按中国药典(2010年版二部附录X C溶出度测定法)中桨法操作，释放介质为新鲜脱气的不同溶液，用量为900 mL，温度为(37±0.5) ℃，搅拌转速为50 r/min，分别于0.5、1、1.5、2、3、4、6、8、10 h不同时间点取样，取样体积为5 mL，同时补加等温等量相应释放介质，样品溶液过0.8 μm微孔滤膜，将续滤液适当稀释后，采用紫外分光光度法测定其吸光度，采用外标一点法(盐酸小檗碱对照品溶液浓度均为6.239 μg/mL)计算样品溶液中盐酸小檗碱浓度，根据PVA/KGM复合凝胶中药物含量，计算累积药物释放百分数，绘制体外药物释放曲线。

由上表数据可见，在不同释放介质中，浓度在(0.808 4～12.93) μg/mL范围内，盐酸小檗碱的紫外分光光度法测定的标准曲线方程均线性关系良好。

2.4　空白PVA/KGM复合凝胶的溶胀和溶蚀性能评价

取空白PVA/KGM复合凝胶，精密称重为W1，按“2.3.3 载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶体外释放度测定”项下操作，于规定时间(分别为0.5、1、1.5、2、3、4、6、8、10 h)将凝胶取出，用滤纸吸干表面水分，精密称重为W2,再置于真空干燥箱中40 ℃干燥24 h，精密称重为W3,根据下列公式计算PVA/KGM复合凝胶在体外释放过程中的溶胀度和溶蚀度。

溶胀度=(W2-W3)/W3

溶蚀度(%)=[1-(W1-W3)/W1]×100

3结果与讨论

3.1　释放介质pH的影响

分别采用0.1 mol/L盐酸溶液、0.05 mol/L pH5.0磷酸盐缓冲液和0.05 mol/L pH6.8磷酸盐缓冲液作为释放介质，按“2.3.3 载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶体外释放度测定”和 “2.4 空白PVA/KGM复合凝胶的溶胀和溶蚀性能评价”项下操作，考察释放介质pH对复合凝胶溶胀和溶蚀性能及体外药物释放的影响，结果见图1。

由图1中体外药物释放曲线图可知，随着释放介质pH增加，PVA/KGM复合凝胶中盐酸小檗碱的释放速度加快；由溶胀曲线图可知，在不同pH释放介质中，复合凝胶的溶胀性无明显差异；由溶蚀曲线图可知，在pH5.0 PBS和pH6.8 PBS介质中，复合凝胶的溶蚀较少，无明显差异，说明PVA与KGM混合溶液采用物理交联法制得复合凝胶，在上述介质中稳定，仅有少量材料在体外释放过程中溶蚀脱落，而在0.1 mol/L盐酸溶液中，复合凝胶的溶蚀明显增加，这主要与酸性介质中，复合凝胶中KGM材料的糖链结构发生部分水解，形成的分子量低的材料易溶蚀脱落有关。由于复合凝胶中KGM材料在酸性介质中部分水解而溶蚀脱落，造成复合凝胶的内部孔隙有所增加，因此，与在PBS介质中相比，复合凝胶在0.1 mol/L盐酸溶液的溶胀性略有增加。在0.1 mol/L盐酸溶液中，药物释放速度最慢，说明介质pH对药物释放速度的影响，与凝胶的溶胀和溶蚀情况相关性不大，而与不同介质中盐酸小檗碱的溶解度变化有关，与在0.1 mol/L盐酸溶液中相比，在pH5.0 PBS和pH6.8 PBS中盐酸小檗碱的溶解度高出前者10倍以上，有利于药物由PVA/KGM复合凝胶中扩散释放出来[5]。

3.2　释放介质离子强度的影响

分别采用0.05 mol/L pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.1 mol/L氯化钠的pH6.8磷酸盐缓冲液和添加0.2 mol/L氯化钠的pH6.8磷酸盐缓冲液作为释放介质，按“2.3.3 载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶体外释放度测定”和 “2.4 空白PVA/KGM复合凝胶的溶胀和溶蚀性能评价”项下操作，考察释放介质离子强度对复合凝胶溶胀和溶蚀性能及体外药物释放的影响，结果见图2[6]。

图2　释放介质离子强度的影响A.载药PVA/KGM复合凝胶的体外药物释放曲线图；B.空白PVA/KGM复合凝胶的溶胀曲线图；C.空白PVA/KGM复合凝胶的溶蚀曲线图。

由图2中体外药物释放曲线图可知，随着释放介质离子强度增加，PVA/KGM复合凝胶中盐酸小檗碱的释放速度明显降低；由溶胀曲线图可知，随介质离子强度增加，复合凝胶的溶胀性能有所降低；由溶蚀曲线图可知，不同离子强度介质中，复合凝胶的溶蚀性能无明显变化。对上述结果进行对比分析，结果表明，在不同离子强度释放介质中，复合凝胶的药物释放速度发生改变的原因与凝胶的溶胀性不同有关，随介质离子强度增加，复合凝胶中材料的水合作用受到介质中离子的影响，水化能力下降，造成溶胀性降低，凝胶骨架中药物扩散孔道减少，从而影响药物的扩散释放；另外增加释放介质离子强度时添加的氯化钠存在盐析作用，造成盐酸小檗碱溶解度降低，同样造成药物扩散释放速度减慢。

3.3　释放介质中酶浓度的影响

分别采用0.05 mol/L pH6.8磷酸盐缓冲液、添加0.05 g/L β-甘露聚糖酶的pH6.8磷酸盐缓冲液和添加0.2 g/L β-甘露聚糖酶的pH6.8磷酸盐缓冲液作为释放介质[7]，按“2.3.3 载盐酸小檗碱PVA/KGM复合凝胶体外释放度测定”和 “2.4 空白PVA/KGM复合凝胶的溶胀和溶蚀性能评价”项下操作，考察释放介质中酶浓度对复合凝胶溶胀和溶蚀性能及体外药物释放的影响，结果见图3。

由图3中各曲线图可知，释放介质中添加β-甘露聚糖酶后，PVA/KGM复合凝胶的药物释放速度明显增加，随着介质中酶浓度增加，药物释放速度加快；复合凝胶的溶胀性明显增加，随着酶浓度增加而增加；复合凝胶的溶蚀明显加快，溶蚀程度随着酶浓度增加而增加。比较释放介质酶浓度对各方面的影响，结果发现，在释放介质中添加β-甘露聚糖酶，可明显加剧复合凝胶的溶蚀程度，这与复合凝胶中的KGM为β-甘露聚糖酶的降解底物[8]，PVA/KGM复合凝胶是通过物理交联形成，凝胶体系中KGM的化学结构未发生改变，其可被酶降解的性能不会因交联形成凝胶而改变有关，并且随着酶浓度增加，凝胶溶蚀加剧；复合凝胶结构中KGM被酶降解，溶蚀脱落，导致凝胶体系结构松散，溶胀性增加，从而有利于药物扩散孔道的形成，最终导致药物释放明显加快。

4结论

聚乙烯醇/魔芋葡甘露聚糖复合凝胶作为调控盐酸小檗碱释放的给药系统，药物释放具有pH、离子强度和酶敏感性，释放速度与药物在介质中溶解度、复合凝胶骨架结构的溶蚀和溶胀性能有关。

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[责任编辑李武营]