黄体酮储库型阴道环的制备及释药机理的研究

姚小东 宁美英

1.国家卫生计生委科学技术研究所(北京，100081)；2. 北京协和医学院研究生院

·基础研究·

黄体酮储库型阴道环的制备及释药机理的研究

姚小东1,2宁美英1,*

1.国家卫生计生委科学技术研究所(北京，100081)；2. 北京协和医学院研究生院

目的：研究黄体酮(progesterome,PGT)储库型阴道环的制备方法及对药物释放的影响因素。方法：采用注塑成型法制备黄体酮储库型阴道环药芯，加热硫化法包裹控释膜，通过单一变量法以7d的释放行为作为标准考察影响药物释放的因素。结果：相对于PGT基质型阴道环，储库型阴道环能够大大降低第一天突释量，使药物的释放更加平稳；随着载药量的增加，药物的平均释放量先升高后逐渐趋于一个极限值；改变外层控释膜的厚度时，随着控释膜厚度的增加，相对突释，即第一天的释药速率与平均日释药速率的比值逐渐减小；在阴道环药芯或者控释膜中添加乳糖后，药物释放均有所减少；在相同载药量的前提下，对含1/1、1/2和1/3药芯的阴道环进行释放考察，结果显示三者的相对突释逐渐减小，1/3嵌段型阴道环更易实现控释；在相同载药量的情况下，药芯横截面直径分别为4.0mm、4.5mm和5.0mm的阴道环释放结果无统计学差异。结论：黄体酮储库型阴道环可以通过调整载药量、控释膜厚度、处方添加物组成以及阴道环结构来控制药物释放行为，以达到理想的药物控释。

黄体酮；阴道环；控释；硅橡胶

黄体酮(progesterone,PGT)是由卵巢黄体分泌的一种天然孕激素，具有孕激素的一般作用。相对于合成的孕酮类激素，黄体酮在发挥足够的黄体支持功能同时，安全性更高，目前已成为多数生殖中心进行黄体支持的首选药物。由于黄体酮溶解度低，体内吸收差，口服给药被迅速代谢，生物利用度低于10%，因此目前临床上黄体酮给药剂型主要是注射剂。然而，黄体酮注射液注射时刺激性大，造成患者疼痛和不适，长期使用易引起药物淤积于局部肌肉组织而造成肿块结疖等，给临床使用带来不便。阴道环是一种环状、柔韧有弹性的装置，主要以硅橡胶弹性体或热塑性材料为材质，能够向阴道中长期缓慢的释放药物，从而发挥局部治疗或全身作用[1-2]。相对于目前市面上的其他制剂，阴道环具有药物释放更加平稳，保证有效性的同时提高了用药的安全性；大大减少给药次数，不需要每天给药；患者可自行取放不需要专业人员的参与、不会污染衣物等优点。由于硅橡胶具有良好的生物相容性和生物耐受性[3]，因此被广泛的应用于医疗设备和药物递送装置，目前上市的阴道环产品中，也大多采用硅橡胶弹性体作为药物载体。本研究旨在研究黄体酮储库型阴道环的处方及制备工艺，并探讨储库型阴道环中药物释放的影响因素，为其开发为周效黄体支持用药物阴道环新剂型提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 药品与材料

黄体酮原料药(批号：T02120140701，北京紫竹天工科技有限公司)；MED-6382硅橡胶弹性体基质(批号：63227)，四丙氧基硅氧烷交联剂(批号：63227)(美国Nusil Technology)；C6-165硅橡胶(批号：0005308947)，Q7-4765硅橡胶(批号：0006934680)(美国道康宁公司)；乳糖(批号：8511092114，美国Foremost公司)；十二烷基硫酸钠(批号：20120306，天津市大茂化学试剂厂)。

1.2 仪器

ZRS-8G智能溶出仪(天津天大天发科技有限公司)；X(S)K-160炼胶机(上海双翼橡塑机械有限公司)；QLB-25D/Q平板硫化机(上海双翼橡塑机械有限公司)；Lambda 35 uv/vis spectrometer(Perkin Elmer公司)；Sartorius-BT 224 S 电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；CSR-4-10 超纯水机(北京爱斯泰克科技开发有限公司)；阴道环模具(北京东洛机电有限责任公司)。

1.3 阴道环的制备

1.3.1 基质型及储库型黄体酮阴道环的制备[4-6]根据以下方法通过注射成型法制备成阴道环(图1)。将硅橡胶弹性体与四丙氧基硅烷按照100:0.5(w/w)的比例混合均匀。加入1 g黄体酮与10.0 g硅橡胶弹性体的混合物混合30 s，然后用50 ml塑料注射器注射到适合实验室用的不锈钢的环状模具中。接下来将混合物在80℃烘箱中加热25 min，即得载药量为300 mg的基质型阴道环，也为制备储库型阴道环的药芯。该药芯规格为：外径50 mm，横截面直径5 mm。同法制备规格与之相同，载药量分别为150 mg、450 mg、600 mg、900 mg的黄体酮阴道环药芯备用；同法制备载药量为300 mg，规格为：外径50 mm，横截面直径4 mm；外径50 mm，横截面直径4.5 mm的黄体酮阴道环药芯备用。将成型的基质型阴道环(药芯)包裹1.0 mm厚度无活性的C6-165(或Q7-4765)硅橡胶空白膜，在125 ℃下于平板硫化机上加热20 min，使空白膜固化，得C6-165(或Q7-4765)的储库型阴道环(图2)。同法制备载药量为300 mg，空白膜厚为1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm的C6-165储库型阴道环备用。

1.3.2 含添加物的黄体酮储库型阴道环的制备 在硅橡胶基质或者膜中添加150 mg的乳糖，再按照储库型阴道环的制备方法制备载药量为300 mg硅橡胶基质或膜中含添加物的黄体酮储库型阴道环备用。

1.3.3 嵌段型阴道环的制备 将C6-165硅橡胶A、B组分按1：1的比例在炼胶机上混炼均匀，切割成长度为模具的周长的硅橡胶条，将硅橡胶条放入模具中，在130℃下热压硫化10 min，得空白阴道环。切取1/2阴道环药芯与1/2的空白阴道环，拼成一个完整阴道环，包裹1.0 mm C6-165硅橡胶空白膜，在125℃下于平板硫化机上加热20 min，使空白膜固化，得1/2药芯长度的嵌段型阴道环。同法制备含1/3药芯长度的嵌段型阴道环，并保证1/2嵌段型阴道环、1/3嵌段型阴道环及1/1整环含药量均为300 mg。

1.4 体外释放度实验

1.4.1 标准曲线的建立 精密称取黄体酮对照品约25 mg，置25 ml棕色容量瓶中，加甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀，精密量取0.5、0.8、1.0、1.2 和1.5 ml置于100 ml棕色容量瓶中，加超纯水稀释至刻度，摇匀。照紫外分光光度法，分别测定不同浓度黄体酮溶液的吸光度，以吸光度(A)对样品浓度(C μg·ml-1)进行线性回归，得标准曲线方程A=0.0193C+8.9E-5，r=0.9999，线性范围为5～15 μg·ml-1。

1.4.2 释放度实验 采用释放度测定法(中国药典2010版二部附录XD第一法)，以750 ml 0.25%SDS(十二烷基硫酸钠)水溶液为释放介质(满足漏槽条件)，温度为37 ℃，用细尼龙丝将黄体酮阴道环固定在溶出仪的搅拌桨上，转速为50 r·min-1，每24 h取样10 ml，并更换释放介质，经0.45 μm滤膜滤过，取续滤液在紫外分光光度计下测241 nm波长下的吸光度[7]。

1.5 体外释放的影响因素考查

1.5.1 基质型与储库型阴道环的对比以及控释膜材料对药物释放的影响 在载药量相同的条件下，参照“1.4.2”项操作，考察含PGT的基质型阴道环和C6-165、Q7-4765型储库型阴道环3者7 d的释放行为，根据每天的平均释放量计算各自的累积释放量，绘制累计释放量相对于时间的直线，根据直线的线性(r 值)判断该阴道环的体外释放是否符合零级释放，当r>0.99时，认为该阴道环的体外释放属于零级释放。

1.5.2 载药量对药物释放的影响 实验选取了150 mg、300 mg、450 mg、600 mg、900 mg 5个载药量的黄体酮储库型阴道环，参照“1.4.2”项操作，对它们的释放行为进行了考察。

1.5.3 控释膜厚度对药物释放的影响 根据公式Q=DSILCSIL·t/hsheath，Q表示每单位面积的累积释药量(mg·cm-2)，CSIL是药物在硅橡胶弹性体中的溶解度(mg·cm-3)，DSIL是药物在弹性体中的扩散速率(cm2·day-1)，hsheath表示控释膜层的厚度，t表示时间(days)，控释膜的厚度h与药物的释放速率Q/t呈反比关系。实验参照“1.4.2”项操作，对药芯批次及载药量相同但膜厚度分别为1.0 mm、1.2 mm、1.4 mm、1.6 mm的PGT储库型阴道环进行了释放度的考察。

1.5.4 添加物对药物释放的影响 根据相关报道[8]，当水溶性物质存在时，会随着水溶性物质的吸水膨胀和不断溶出，为药物分子提供释放通道，从而提高药物的释放速率。本实验参照“1.4.2”项操作，考察了膜或硅橡胶基质中含有150mg乳糖的PGT储库型阴道环的体外释放行为。

1.5.5 改变药芯长度对药物释放的影响 相同载药量的情况下，实验参照“1.4.2”项操作，考察了药芯长度分别为1/1、1/2、1/3的嵌段型阴道环的释放行为。

1.5.6 改变药芯截面直径对药物释放的影响 在保证载药量、膜材料及厚度相同的前提下，实验参照“1.4.2”项操作，考察了4.0、4.5、5.0 mm 3种横截面直径规格药芯的储库型阴道环的释放行为。

2 结果

2.1 基质型与储库型阴道环的对比以及控释膜材料对药物释放的影响

PGT的基质型阴道环和C6-165、Q7-4765型储库型阴道环3者7 d的释放行为见图3。实验结果发现，基质型阴道环的平均释放量高于贮库型阴道环，但是同时其相对突释量也明显更高，释放不够平稳，不符合零级释放(r=0.9782)。相反，虽然包被不同材料的控释膜，但是两种贮库型阴道环释放都较为平稳，符合零级释放(r均>0.99)。将两种贮库型阴道环的实验结果进行分析后发现(表1)，二者的相似因子f2为57.72(50

表1 PGT基质型阴道环与不同膜材料的储库型阴道环的体外释放结果(n=3)

2.2 载药量对药物释放的影响

不同载药量的储库型阴道环的体外释放结果如图4。从图中可见，随着载药量的增加，阴道环的第一天突释量相差不大而平均释药速率有所增加，但是当载药量>450 mg时，释药释放速率增加不再明显，趋于一个极值。由表2的分析结果可知5个载药量的释放均符合零级释药方程(r>0.99)，表明药物在其中的释放均为储库型释药特征。然而，随着载药量的增加，r值也随之增大，说明药物的释放更加平稳。同时随着载药量增加，相对突释量(Day1/MDR)降低。

表2 不同载药量PGT储库型阴道环的体外释放 (n=3)

2.3 控释膜厚度对药物释放的影响

不同控释膜厚度阴道环体外释放结果如表3，随着膜厚度的增加，阴道环的平均释药速率与第一天突释量均下降，而r值逐渐升高。表明通过调控膜厚不仅可以控制药物的释放速率，还可增加控释膜厚度来减少第1天突释，增加药物释放的平稳度。

表3 不同膜厚度的PGT储库型阴道环的体外释放结果 (n=3)

2.4 添加物对药物释放的影响

实验结果如图5，加入乳糖后的阴道环平均释药速率均下降，且将乳糖加入控释膜中的阴道环平均释药速率最低。

2.5 改变药芯长度对药物释放的影响

实验结果显示，1/1、1/2、1/3药芯均符合零级释放方程(图6B)，且比例越小，r值(表4)越接近于1。由释放曲线(图6A)可见，随着比例的减小，阴道环第一天突释量和平均释放量逐渐减少，药物释放更加平稳。

表4 不同药芯长度的PGT储库型阴道环的体外释放结果 (n=3)

2.6 改变药芯横截面直径对释放的影响

不同药芯横截面直径释放结果如图7。通过对所得实验结果进行分析发现，截面直径为4.0 mm与5.0 mm相似因子f2为55.22；4.5 mm与5.0 mm相似因子f2为72.47(50

3 讨论

阴道环中的药物在释放介质中的释放，主要通过渗透作用和扩散作用，包括以下三个过程：①释放介质进入聚合物硅橡胶；②药物溶解于进入硅橡胶中的释放介质中；③药物在硅橡胶中达到“过饱和状态”，向周围扩散。首先是阴道环药芯表面的药物被释放出来，产生不含药物的空白载体区；随后较内层的载体中的药物溶解，并通过空白载体区进一步扩散溶出。由于阴道环载体外层的表面积较内层更大，所含药物分子亦越多，加之随着时间的推移，不含药物的空白载体区的厚度增加导致内层药物的迁移路径增加，药物在硅橡胶中难以维持“过饱和状态”，因此每天的释药量也逐渐减少。

对于基质型阴道环，由于其最外层的药物直接与释放介质接触，在溶解后直接扩散出载体，溶出速度快，不仅如此，由于环体外表面所含药物浓度高，因此基质型阴道环在第一天具有很高的突释量(如图2)，但是整个释放周期药物释放不够平稳，不符合零级释放。储库型阴道环是在基质型阴道环的表面添加了一层控释膜，其不仅增加了药物进入溶出介质的路径，而且由于药物在控释膜中的扩散速率低于药芯中的扩散速率，药物的释放速率大大降低，第一天突释量也明显减少。此外，药物释放速率减慢也减缓了药芯中空白区的形成，使得药芯中的药物在膜的内侧维持一定浓度，从而保证药物的平稳释放。

在理论上，当阴道环载药量增大时，环体内药物密度增加，同时释放的药量也会增加。Kavita等[9]在达匹韦林聚氨酯阴道环的研究中得出这样的结论，即在不同载药量阴道环释放符合零级释放的情况下，释药速率与阴道环的载药量呈正比。本研究考察了5个不同载药量阴道环的体外释放行为，结果发现，5个载药量的阴道环体外释放均符合零级释放，然而，释放速率与阴道环的载药量却不成正比。当阴道环载药量<450 mg时，药物的释放量随载药量的增大而增加明显，但当载药量≥450 mg时，药物释放量随载药量增大增加不再明显。由此可见，并不是所有情况下药物释放速率与阴道环的载药量都呈正比。分析认为可能与膜材料的性质有关。药物在某种硅橡胶材料中的释放速率与药物在该硅橡胶中的扩散速率(DSIL)与溶解度(CSIL)有关，当膜材料一定时，该药物在膜材料中的DSIL与CSIL一定。因此，药物通过控释膜的速率应该存在一个极大值，就好比控释膜具有一定数量的“释放路径”。当阴道环药芯中载药量低于“释放路径”的数量时，随着载药量的升高，环体内药物密度增加，释放的药量也随着增加。而当载药量高于“释放路径”的数量时，过多的药物无法及时释放，因此表现为药物的释放量增加不明显。此外，从实验结果中我们还发现，不同载药量的阴道环第一天的突释量非常接近，这也证明了控释膜“释放路径”的数量是有限的，药物通过控释膜的速率应该存在一个极大值。虽然增加阴道环的载药量并不能无限制的提高药物的释放速率，但是由于载药量的增加，使得环体药物浓度增高，药物在较长的时间内始终保持在环体外层释放，减缓了空白区形成的速度，使得药物在膜内侧能够在较长时间内保持饱和状态，从而在更长的时间内维持平稳释放。

Malcolm等[10]认为扩散过程可以看做是一种“跳跃”机制，在这个过程中，一个溶解的药物分子存在于硅橡胶弹性体结构的一个空隙中，当它与另一个相邻的空隙之间的通道打开时，它便通过两个空隙之间的通道完成“跳跃”。阴道环在无其他添加成分情况下，药物分子向表层的运动是通过跳跃实现的。但是当在硅橡胶中添加一定扩散剂后，将会对药物分子的跳跃起到促进或阻碍的作用，从而影响药物的扩散速率，进而改变药物从阴道环中释放速率。Kajihara[8]通过研究发现，当基质型阴道环环体中加入水溶性物质时，会随着水溶性物质的吸水膨胀和不断溶出，为药物分子提供释放通道，从而提高药物的释放速率。本文将亲水性物质乳糖添加到了阴道环的药芯中，再在表面包裹一层空白硅橡胶膜，结果发现阴道环的平均释药量较不添加乳糖时有所降低，这与李春晓等[11]在孕二烯酮储库型阴道环的研究中所得的结果类似，推测可能是由于控释膜减少了释放介质的进入量，乳糖不仅无法及时溶出为药物分子提供释放通道，反而与药物分子“竞争”溶出介质，阻碍了药物分子的溶解和溶出。为了进一步了解加入乳糖对药物释放的影响，本研究将等量的乳糖添加在了控释膜中，而药芯中不再添加乳糖。实验结果显示，乳糖加入控释膜中后，药物的释放量降低更加明显，平均释放量最低。说明即使将乳糖添加在控释膜中，让其与溶出介质能够直接接触，其也阻碍了药物分子的溶出，推测可能的原因是乳糖加入量过多，大量的乳糖分子无法及时溶出，阻碍药物分子的释放，具体的原因还需要进一步的研究。

理论上分析，在保证相同载药量的前提下，药环的药芯长度、横截面直径越小，其释药面积越小；而环体内的药物密度越高，药物的释放越平稳。由图5可以看出1/2、1/3药芯的阴道环后期释放均相对平稳，而1/1后期释放下降的相对较快，正好说明1/1药芯的阴道环在释放的过程中由于环体内药物密度低且释药面积大，导致其前期释放更加迅速，形成的空白消耗区越大，到后期药物饱和度降低，药物释放量减少过快，释放不够平稳。然而，药芯横截面直径为4.0 mm、4.5 mm的环与5.0 mm的环释放结果却并无明显差异。分析可能是因为三者的截面直径相差不大，不足以给释放结果带来明显差异。

综上所述，可以通过调整载药量、控释膜厚度、处方添加物组成以及阴道环药芯结构来控制黄体酮储库型阴道环的药物释放行为，以达到理想的药物控释。

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[责任编辑：王丽娜]

Study on preparation and release mechanism of progesterone reservoir-type intravaginal rings

YAO Xiaodong1,2, NING Meiying1*

1.NationalResearchInstituteforFamilyPlanning,Beijing100081,China;2.GraduateSchoolofPekingUnionMedicalCollege

*Correspondingauthor:NINGMeiying,mayning999@126.com

Objective: To explore the preparation of progesterone(PGT) reservoir type intravaginal ring(IVR) and to investigate the factors affected drug release of IVR. Methods: A PGT reservoir type IVR was designed, which progesterone silicone elastomer core was prepared by injection molding method and non medicated silicone sheath was prepared by heating vulcanization method. The factors affected drug release was investigated by a single variable method, which took the drug release rates in 7 days as the standards. Results: The research showed that comparing to the PGT matrix type IVR, the PGT reservoir type IVR could greatly reduce the burst release effect and make the drug release more smoothly. With the increasing of the drug loading, the average drug release increased firstly and then tended to a limit value. When the thickness of the controlling sheath outside had changed, the ratio of the first day drug release to mean daily release(MDR) , which named the relatively burst release effect, reduced with the increasing of the controlling sheath thickness. After adding lactose into the core or membrane, the drug release was both reduced. A 1/3 fractional segment core has the lowest burst release effect, while the 1/1 fractonal segment core has the highest burst release effect at the same drug loading, that indicated the change of the drug core length would affect the reservoir IVR. However when increased the cross section diameter of the drug core from 4.0mm to 5.0mm at the same drug loading, the drug release has no significant difference. Conclusion: In order to achieve the desired drug release rate, PGT reservoir type IVR can control drug release behavior by adjusting the loading of drug, the thickness of controlling sheath, the prescription composition and structure of IVR.

Progesterone; Intravaginal ring; Controlled release; Silicone elastomer

国家“十二五”科研支撑计划课题(2012BAI21B05)

2015-08-25

2015-10-26

10.3969/j.issn.1004-8189.2016.04

*通讯作者：mayning999@126.com