纳米结晶药物的研究进展

牟东升，廖园，周小顺，万江陵，杨祥良

(1.武汉科福新药有限责任公司，武汉 430075；2.国家纳米药物工程技术研究中心，武汉 430074；3.华中科技大学生命科学与技术学院，武汉 430074)

目前，约40%在开发药物和70%高通量筛选的合成药物是难溶性药物[1]。水溶性差会导致口服生物利用度低和吸收不稳定；部分难溶性的注射、眼用药物通过添加增溶剂以满足临床需求，但增溶剂会引起患者的刺激、过敏及稀释过程药物析出等安全性问题[2-4]。为有效解决药物的难溶性问题，药剂领域的科研工作者通过环糊精增溶、制成固体分散体、采用纳米乳剂载药、药物的纳米结晶化等开展了广泛的研究工作[5-8]，并有部分产品成功开发上市[8-9]。其中药物的纳米结晶化具有载药量高、降低甚至避免使用增溶剂以提高安全性、提高药物的溶解度及生物利用度、改变药物的代谢行为等技术特点[8，10-11]。

纳米结晶药物是通过物理或化学的处理手段，使药物颗粒的尺寸分布于一个特定的分布范围，辅以表面活性剂、聚合物等作为稳定剂，实现增效、减毒、提高用药顺应性等目的的药物[7]。根据文献[6]报道，纳米结晶药物的粒径一般是D50(样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径)<1 μm， D90<2.5 μm。随着研究的深入，纳米结晶从以提高药物的溶解度、增加药物的吸收解决药物难溶性的问题为目的，逐步拓展至控制药物颗粒的粒径实现在体内缓慢释放的目的[9]。因此，新候选药物的成药性及一些老药再次开发的机会都会增加，吸引药剂科研工作者，尤其是制药企业持续关注并投入。

笔者从纳米结晶技术的优势、纳米结晶药物的制备及表征、上市纳米结晶药物简介、纳米结晶药物在不同给药途径方面的研究等几个方面，通过具体的已上市品种对纳米结晶药物的特点进行综述。

1 纳米结晶技术主要的优势及特点

纳米结晶药物主要优势及特点：①提高难溶性药物的溶解度，进而提高药物的生物利用度；②降低甚至避免增溶剂的使用从而提高用药安全性；③降低药物吸收的个体差异，减少饮食状态对生物利用度的影响；④药物纳米结晶体系中使用的辅料较少，具有很高的载药量；⑤改变药物的代谢行为，通过改变难溶性药物结晶颗粒的大小及分布，可以达到注射给药不同周期长效作用的目的[2-3]。

2 纳米结晶药物的制备及表征

2.1纳米结晶药物的制备 纳米结晶主要有两种实现形式：自上而下(top-down，将大颗粒通过外部施加能量使药物的颗粒变小)，自下而上(bottom-up，先将药物完全溶解，通过沉淀使药物重新结晶析出，在析出的过程中控制药物结晶颗粒的大小及晶型)[2-3，5-6，9]。

2.1.1自上而下制备方法 ①研磨法：将药物颗粒与一定量的稳定剂如羧甲基纤维素钠、羟丙甲基纤维素(hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC)等混合，同时加入一定的湿润剂，如水，进行研磨，通过控制研磨时间、研磨力度等参数得到符合预期的目标产品。这种方式使用多，也较成熟，但缺点是耗时较长，同时若大量生产时因每个单元处理量有限，需多个处理单元同时工作。优点是这种制备方法对原料药起始的粒径大小要求不高，不同粒径大小的物料都可以进行处理，不会出现堵塞仪器的现象。

②高压均质法：将原料药、稳定剂、水等混合，经过初步的剪切粉碎后，进行高压均质，通过控制均质压力和循环次数，得到符合预期的目标产品。这种处理方式对起始原料药粒径要求较高，一般粒径不超过300 μm，否则容易在均质过程中现堵塞。此外，均质过程中药物颗粒与均质机内部非耐磨部位的接触会引起污染颗粒的脱落进入药物体系。均质法的优点就是耗时相对较短，样品处理效率较高。

在实际的研究工作及产业化中，也有将高压均质法联合其他方法如沉淀法，可减少均质的次数，同时降低对均质压力的要求。此外在确保无菌或满足微生物限度下，也可以联合气流粉碎进行制备，气流粉碎设备可以将药物颗粒的粒径处理至约3 μm，再进行高压均质处理，既可减少堵塞均质机，又可提高均质效率，降低均质机的负荷。目前工业界更广为使用的是自上而下的纳米结晶制备方法。

2.1.2自下而上的制备方法 ①溶剂沉淀法：采用良溶剂使难溶性药物溶解，与非良溶剂混合，使药物重新结晶析出，体系中含有稳定剂，用于控制颗粒大小，甚至晶型的转变。通过调节混合的速度、过程中的温度、稳定剂的种类及用量等参数得到预期目标样品。此外制备过程中还可以结合高速剪切等方式，用于控制粒径的大小及分布的均匀性等关键质量指标。此种制备方法设备相对简单，而且效率非常高，制备过程用时短，也有利于规模化处理样品。但在样品后期处理过程中，如何去除有机溶剂，尤其是如何保证残留溶剂符合要求尤为关键。

②酸碱反应法：只适用于那些溶解度有pH值依赖性的难溶性药物。利用药物在酸或碱溶液中溶解的特性，再通过酸碱反应使药物重新结晶出来。这种制备方法的优点同溶剂沉淀法类似，而且不使用有机溶剂，基本不存在溶剂残留的问题，对环境保护也更有利。制备过程中对粒径等指标的控制也同上述的溶剂沉淀法类似。但此种方法的应用范围受限，只有那些在酸或碱溶液中有更好的溶解度，且溶解的药物浓度可以满足制备要求的那些难溶性药物才适用于此种制备方法。

2.2纳米结晶药物的表征 表征的目的一方面是为了了解样品的尺寸、形貌、晶型等特性，另一方面是为了从不同的质量属性方面对产品的性能进行量化的控制，进而达到实现产品质量的可控性。

颗粒微观形貌的观察通常采用显微镜、透射电镜、扫描电镜等，可根据样品的粒径大小、固体或者液体等因素选择合适的观察方法。往往通过概括性地表述进行属性展示，例如药物的纳米结晶的颗粒是球形，还是棒状，亦或是针状等。

纳米结晶颗粒的大小及分布、电位通常采用粒度分析仪器进行测量，除了测量平均粒径以外，还要看粒径的分布情况，尤其对于一些长效注射制剂不能只单纯看多分散指数(PDI)，还要看D10、D30、D50、D90等多个点的粒径分布情况。对于多数纳米结晶药物，电位的测量只是作为一个辅助比较参数，有些纳米结晶药物电位也可能会影响到其稳定性。

晶型也是一个需要关注的质量因素，可采用X射线衍射、差示扫描量热等表征方法，检测有无定型或者结晶型药物的存在，及其比例。

溶出是纳米结晶药物一个非常核心的质量表征指标。无论是用纳米结晶技术解决药物的难溶性进而提高药物的生物利用度，还是制备难溶性药物的长效注射纳米结晶，药物溶出及释放都直接影响药物的疗效。难溶性药物本身在体内的吸收变异就比较大，如果体外评价的方法不细致、不科学，就容易出现体外溶出一致，而临床上药效不一致、不稳定的情况。体外溶出的测定方法最好能做到可区分不同工艺的样品，即当产品的质量出现变动时(例如平均粒径大小的变动、粒径分布的变化等)其体外溶出行为会显示出差异，这样可以更有效地控制产品的质量。传统的溶出仪方法因为体系中的溶出介质与溶解的、未溶解的药物颗粒始终处于一个整体环境中，某种程度上会掩盖有较小差异的不同工艺的纳米结晶样品，采用流通池法可以更好地区分这些差异，美国食品药品管理局(FDA)对于有些混悬药物的体外溶出评价明确指出要使用流通池法。

无论是纳米结晶药物仿制药还是创新药的开发，只有采用系统、科学、可量化的表征方法才能有利于保证产品质量的稳定性及可控性。

3 已上市典型纳米结晶药物简介

纳米结晶药物从学术界提出概念、一系列的制备及研究结果，到最终工业界解决产业化、可控性等问题，经历了一个逐步推进的过程。早期的纳米结晶药物主要是应用于口服给药途径，后来随着对该技术认识的程度、控制的程度(如无菌控制等)逐步加深，逐步拓展至注射等其他给药途径。虽然科研工作者应用纳米结晶技术在口服给药系统、注射给药系统、肺部给药系统、眼用给药系统、经皮给药系统等方面做了广泛的研究，但是因为可达到的有益效果、是否具有明显的临床优势等方面的原因，目前已经上市的较典型纳米结晶药品主要集中在口服剂型和注射剂型[6，8-9]。

3.1口服剂型 纳米结晶药物用于口服给药主要是提高难溶性药物口服生物利用度、改善药物吸收受饮食状态影响大、个体差异大等问题。2000年，美国FDA批准Wyeth的西罗莫司纳米结晶片剂上市，其有1，2 mg等多个规格，与口服溶液剂型相比，生物利用度可提高27%。西罗莫司纳米化之后，其饱和溶解度增加，进而药物吸收增加。由于西罗莫司在片剂中含药量较少(单片质量约370 mg，根据其规格不同含有不超过5 mg的药物)，压片后并没有引起纳米结晶颗粒的聚集，所以即使制成了片剂依然保留了纳米结晶提高生物利用度的优势。

2003年，美国FDA批准默克公司研制的阿瑞匹坦纳米结晶口服制剂上市。阿瑞匹坦在水中不溶，口服普通制剂很难吸收，默克公司利用纳米晶体技术将其开发为纳米制剂，纳米粒表面吸附了有效量的表面稳定剂，以维持有效平均粒径。纳米结晶制剂极大地提高了阿瑞匹坦的生物利用度，同时药物的吸收受饮食状态的影响减少。阿瑞匹坦纳米结晶首先制成了微丸，然后灌装成胶囊。与西罗莫司纳米结晶片相比，阿瑞匹坦纳米结晶制剂的载药量更高，根据规格每个剂量含有80～125 mg的药物，为了避免压片引起的药物纳米结晶颗粒的聚集，阿瑞匹坦纳米结晶最终制剂形式是微丸胶囊。

2004年，非诺贝特纳米结晶片剂(商品名Tricor)上市，规格为48，145 mg。非诺贝特片剂(Tricor)消除了食物对吸收的影响。在本品上市以前，为了提高口服生物利用度，非诺贝特需微粒化处理，且需要与食物同服。与食物一起服用时非诺贝特吸收与禁食条件相比生物利用度增加了约35%。服用145 mg非诺贝特纳米结晶片剂(Tricor)的血药浓度与进食状态下服用200 mg微粒化非诺贝特胶囊等效。因为纳米结晶制剂提高了药物的粘附性，进而减少了饮食及胃肠道内营养状态对药物吸收的影响，同时提高了药物吸收。

2005年，美国FDA批准Par Pharmaceuticals公司的醋酸甲地孕酮纳米结晶口服混悬液(商品名Megace ES)上市。与醋酸甲地孕酮普通口服液(Megace)相比，纳米结晶制剂降低了饮食状态对吸收的影响，且减少了给药量，给药量由20 mL降低为5 mL，同时提高了药物的吸收。无论进餐情况如何，在服用Megace ES后，醋酸甲地孕酮的药动学在150～675 mg呈线性。与禁食状态下服用625 mg Megace ES相比，高脂餐后平均血浆峰浓度(Cmax)和血药浓度-时间曲线下面积(AUC)分别增加了48%和36%。这种食物效应比原始配方Megace 800 mg/20 mL要小；高脂肪餐显著增加了原始配方产品醋酸甲地孕酮的AUC和Cmax，分别是禁食条件下的2倍和7倍。健康志愿者服用Megace ES 口服混悬液625 mg与进食状态下服用Megace 800 mg等效。

此外还有盐酸哌甲酯、盐酸替扎尼定等使用纳米结晶技术商业化的产品，如Focalin®XR、Zanaflex CapsulesTM等。

3.2注射剂型 纳米结晶药物几个较为典型的注射制剂是通过肌内注射给药，主要是利用药物的难溶性，通过纳米结晶注射给药后可以达到长效缓释的目的，不仅可以提高用药顺应性，而且血药浓度也更为平稳。

2009年，杨森公司开发的每个月注射1次的棕榈酸帕利哌酮长效注射液获美国FDA批准。2015年又开发上市每3个月注射一次的棕榈酸帕利哌酮长效注射液。帕利哌酮和棕榈酸通过酯化反应，形成帕利哌酮棕榈酸酯，水溶性极低，采用纳米结晶技术，将棕榈酸帕利哌酮制成细微颗粒，颗粒的表面积增加，水溶性提高，形成了适宜肌内注射给药的水混悬液制剂，也增加药物的吸收率和生物利用度。棕榈酸帕利哌酮注射液经过肌内注射后缓慢溶解，小颗粒先溶解，大颗粒后溶解，随后棕榈酸帕利哌酮被酯酶完全水解为帕利哌酮，限速环节是棕榈酸帕利哌酮在注射部位的溶解。棕榈酸帕利哌酮每个月注射1次的长效针剂，兼具急性期快速起效、维持期持续疗效预防复发的特性。它适用于所有的精神分裂症患者的急性期和维持期治疗，有助于解决患者中断或不持续药物治疗的问题，达到预防复发、改善长期功能的作用。其独特的起始给药模式也使得它不同于其他的长效针剂，具有急性期快速起效的作用。棕榈酸帕利哌酮能满足医生对于急性期和维持期治疗的不同需求，简便的给药模式也减轻了照料者的负担。从全病程的治疗考虑出发，它将成为预防复发优化治疗方案的一个新选择[12]。

阿立哌唑长效肌内注射剂(1个月给药1次)，由日本大冢制药公司和丹麦灵北制药公司联合开发，于 2013年获得美国FDA批准，商品名为Abilify Maintena®，规格为每瓶300 mg和400 mg，目前已在美国、欧盟和日本等上市。相对于口服制剂、短效注射液，阿立哌唑长效肌内注射剂可有效规避患者漏服、藏药和拒绝服药等问题，可通过臀肌或手臂三角肌注射，显著改善患者依从性，并降低疾病复发率(见http://www.drugfuture.com/fda/drugview/202971.)。

月桂酰阿立哌唑是阿立哌唑的前药。肌内注射后，月桂酰阿立哌唑通过酶介导的水解作用转化为N-羟甲基阿立哌唑，然后水解为阿立哌唑。月桂酰阿立哌唑注射液由ALKERMES INC开发，于2015年获得美国FDA批准上市，商品名Aristada，规格为441 mg/1.6 mL、662 mg/2.4 mL、882 mg/3.2 mL，随后又于2017年增加规格1064 mg/3.9 mL；之后于2018年上市有别于Aristada药动学行为的新长效注射液Aristada Initio Kit，规格为675 mg/2.4 mL。441 mg、662 mg规格为每个月给药1次，882 mg规格为每6周给药1次，1064 mg规格为每2个月给药1次。而Aristada Initio Kit 675 mg用于初始给药，不用于重复给药。相比于阿立哌唑长效肌肉注射液，月桂酰阿立哌唑的规格选择性更具有优势(见http://www.drugfuture.com/fda/drugview/207533.)。

4 纳米结晶药物在眼部、肺部、经皮给药系统的应用

纳米结晶技术除在口服给药、注射给药途径方面已经有典型的产品上市外，其在眼部、肺部、经皮给药系统的研究也非常广泛[8]。

在眼部、肺部给药方面，纳米结晶药物主要发挥溶出度提高、溶出快，同时药物颗粒又可以持续释放的优势。例如肺部给药，纳米结晶药物因为尺寸效应容易沉积在肺部，同时肺部表面也容易清除颗粒，但药物纳米结晶颗粒溶出更快，可以提高生物利用度，一方面快速的溶出可以满足快速吸收起效的需求，另一方面未被清除的颗粒可以起到缓释延长药效的作用。纳米结晶药物眼部给药的优势与肺部给药类似，除了上面提到的优势，还可以提高用药顺应性。

在经皮给药方面，纳米结晶药物可以提高药物的透皮能力，同时也会增加药物的粘附性，提高药物透皮及被吸收的比例。

5 结束语

纳米结晶药物已经成为药剂研究领域的热点，尤其在鼓励创新的药物政策环境下医药企业都开始避免低水平的同质化产品，寻求有技术壁垒的差异化竞争产品。这些外部因素决定了纳米结晶药物很长一段时间内仍将是药剂科研工作者和产业界持续关注的热点，有助于推动国内高端制剂研发和生产水平的持续提高。国家纳米药物工程技术研究中心是国内最早开展纳米结晶药物应用研究的团队之一，对伊曲康唑、齐墩果酸等难溶性药物开展了纳米结晶药物的探索研究[13-16]。将纳米结晶药物从科学研究转化为商业化的产品还需要很长时间[7，17-18]，产业化的工艺能否实现产品质量的稳定可控、非口服纳米结晶药物的无菌控制等一系列的产品质量管控风险将是开发纳米结晶药物必须关注的核心问题。