溶性替尼类抗肿瘤药的制剂策略

蒋欣欣，王正平，赵燕娜，马奇三，靳 力，刘秉宜，韩 军，2

(1.聊城大学 生物制药研究院，山东 聊城 252059; 2.聊城高新生物技术有限公司，山东 聊城 252059)

0 引言

恶性肿瘤由基因突变引起，如今有化疗[1]、放疗[2]、靶向治疗[3]、免疫治疗[4]等多种治疗手段。随着人类基因组测序工作的完成以及对肿瘤细胞生长、增殖和调控的分子生物学机制的不断了解，分子靶向药物以其高选择性和低副作用等优势成为肿瘤治疗药物研发的热点[5]。多项研究表明，酪氨酸激酶(tyrosine kinases，TKs)的突变或异常表达是引起癌症的主要原因之一[6]，而以 TKs 为靶点的药物也已成为当前抗肿瘤药物研究的主流趋势之一[7]。TKs存在于多数肿瘤致病基因中，能够催化ATP上γ-磷酸转移到蛋白质酪氨酸残基上，使多种底物蛋白质酪氨酸残基磷酸化[8]，促进细胞增殖与分化，酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)作为一种小分子有机化合物，能够透过细胞膜进入细胞，选择性地与参与细胞信号传导的特异性蛋白质结合，阻止蛋白质的磷酸化[9]，从而切断细胞信号的传导通路。

常用的TKIs主要以替尼来命名，其中包括伊马替尼、达沙替尼、厄洛替尼[10]、依鲁替尼、呋喹替尼等，可用于治疗非小细胞肺癌、套细胞淋巴瘤以及慢性粒细胞白血病[11]等多种肿瘤，与传统药物相比，此类药物可以高度选择性地杀死肿瘤细胞而不伤害正常组织[12]，已经成为抗肿瘤药物领域研究的热点[13]。

尽管替尼类药物在肿瘤治疗领域有着很大的开发潜力，但在临床用药过程中仍存在一些不足。首先是耐药性问题，因肿瘤的治疗需要长时间给药，原发性或继发性耐药成为替尼类药物面临的一个首要问题[14]，TKIs耐药机制尚不明确，可能是由激酶抑制剂的细胞毒作用引起的，这些激酶抑制剂驱动细胞在小的细胞亚群中获得激酶基因突变[15]；其次，特异性靶标的选择决定了药物的有效性，可用于评估药物活性、减轻药物毒副作用[16]；小分子酪氨酸激酶抑制剂(SmTKIs)在迅速扩大的个体化化疗和抗肿瘤药物口服应用领域至关重要。这类药物的数量正在迅速增长，目前已有20种药物获得欧洲药品管理局(EMA)和美国食品药品管理局(FDA)的批准。然而，这些药物通常具有口服效果差的特点，因此生物利用度也不稳定。这导致了个体间血浆暴露水平的显著差异。其原因是多种因素的复杂相互作用，包括水溶性差、溶液通透性差、膜转运和酶代谢等[17]。

1 替尼类抗肿瘤药生物利用度研究及其制剂策略

与静脉给药不同，临床使用的替尼类抗肿瘤药物均为口服给药形式[18]，在药物到达治疗靶点之前，首先需要经过制剂的崩解和溶出，完全溶解的主药才能被胃肠道黏膜吸收[19]，然后经门静脉系统进入肝脏，最后在肝脏中被酶所代谢。因此改变影响药物吸收和代谢的因素会影响药物的体内暴露量，进而对药效的发挥产生显著影响。例如抗酸药或抑酸药的使用改变了胃pH值，导致碱性药物的溶解度降低；细胞膜表面P-糖蛋白功能的改变容易导致体内血药浓度过高或过低；细胞色素P450酶的改变影响药物代谢过程，甚至产生细胞毒性等[20]。

对已上市SmTKIs中生物利用度较低的药物进行了统计(表1)。此类药物溶解度具有pH依赖性，在生物药剂学分类系统(biopharmaceutics classification system，BCS)中多属于Ⅱ类或Ⅳ类(表2)，由于其溶解度低(溶解度小于100 μg/mL)或肠道通透性差，该类药物的普通制剂难以满足临床疗效的要求。以替尼类为代表的小分子TKIs多数通过高通量筛选(HTS)[21]和组合化学(combinatorial chemistry)的方法得到，均为含N的芳香杂环结构[22]，构效关系复杂导致其水溶性差，生物利用度低，同时药物亲脂性降低了其靶向效率，进而引发体内不良反应[23]。药物发挥药效需达到一定的血药浓度和体内滞留时间，而难溶性药物的增溶有助于改善其体内吸收，降低药物不良反应。

低生物利用度产生的原因包括吸收不良、首关消除、代谢速度快及清除率高等[24]，而替尼类药物主要面临的是水不溶性问题。药物的溶解度除主要与药物的分子结构、晶型、粒子大小等有关外，同一化学结构的药物，通常无定型结构的药物溶解度较晶型大[25]。影响药物溶出的因素主要包括药物的粒径和表面积、溶出介质的温度和性质、扩散系数以及扩散层厚度等，因此我们可通过降低药物粒径来增加药物溶出。提高替尼类药物溶解度的工艺方法总结如：(1) 加入合适的增溶剂，助溶剂或潜溶剂。常见的增溶剂为表面活性剂，通过在溶液中形成胶束而增大难溶性药物的溶解度；(2) 根据化合物的酸碱性，将其制成可溶性的盐类；(3) 将晶型药物制备成无定型结构，增大自由能而发挥增溶效果；(4) 制备合适的药物剂型：如固体分散体、微乳、包合物、或将药物微粉化等[26]。上述几种制备工艺应用广泛，增溶效果明显。

表1 难溶性替尼类药物统计

表2 药物BCS分类系统

2 目前替尼类药物制剂工艺进展

为增加难溶性替尼类药物的溶解度、提高其生物利用度、降低临床用药风险，可通过不同的制剂手段，如加入药物吸收促进剂(螯合剂、环糊精、壳聚糖及表面活性剂等)来改善药物在胃肠道中的吸收情况[27]，以达到预期的治疗效果。目前文献中报道了多种制剂改进方法，现分别对其进行详细阐述，可以为其他替尼类药物的工艺研究提供参考依据。

2.1 包合技术

包合物(inclusion compound)又称为分子胶囊，系指一种分子被全部或部分包含于另一种分子的空穴结构内形成的特殊复合物。这种包合物是由主分子(host molecule)和客分子(guest molecule)组成的，主分子是包合材料，具有空穴结构，足以将客分子(药物)容纳在内。常用的包合材料为β-环糊精(β-CD)[28]，可将难溶性药物包合于其空腔内来增大药物的溶解度[29]。包合物的制备方法主要包括饱和水溶液法、研磨法、超声波法、冷冻干燥法和喷雾干燥法。

吉非替尼(Gefitinib)被批准用于治疗晚期或转移性非小细胞肺癌，但低生物利用度限制了其临床应用。张理星等人利用机械化学技术将Gefitinib制备成包合物[30]，分别以羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)与阿拉伯半乳聚糖(AG)为载体制备包合物，粒径降幅为60%，形成了非晶型结构，Gefitinib/AG和Gefitinib/HP-β-CD包合物的绝对生物利用度分别为原料药的1.43倍和1.38倍，即以AG为载体的包合物生物利用度略高，原因可能是AG具有一定的血管通透特性，可以通过胃肠道黏膜进入血液，促进了药物吸收。Bina Gidwani等[31]以环氧氯丙烷-β-环糊精(Epi-β-CD)为包合材料，利用冻干法制备了Gefitinib磷脂-环糊精复合物，并验证了药物由晶型转变为非晶状态，同时表面张力的降低使冻干药物的增溶效率达到175.57%，可作为Gefitinib体内增溶的一种有效方法。

2.2 固体分散技术

固体分散体(solid dispersion，SD)是指利用一定的方法(如熔融法、溶剂法、溶剂-熔融法)将难溶性药物高度分散在固体分散材料中形成的一种以固态溶液存在的分散系统，如热熔挤出法制备固体分散体[32]。固体分散体溶出速率主要取决于载体材料的特性，常用的水溶性载体材料有高分子聚合物、表面活性剂、有机酸、糖类以及纤维素衍生物等。

以甲磺酸拉帕替尼(Lapatinib ditosylate，泰立沙)为例简述固体分散体的制备与评价。lapatinib在临床上主要用于联合卡培他滨治疗ErbB-2过度表达的，既往接受过包括蒽环类、紫杉醇、曲妥珠单抗(赫赛汀)治疗的晚期或转移性乳腺癌[33]，同样存在生物利用度低的问题。浙江工业大学胡献跃选用Soluplus©为载体[34]、泊洛沙姆为增塑剂，利用热熔挤出技术(HME)制备了Lapatinib ditosylate固体分散体[35]。依次考察了药-载比、螺杆转速、混合时间、热熔挤出的温度以及增塑剂对产物性质的影响[36]，结合溶出效果和产物状态，选择最佳实验参数制备了药物分散体。通过XRD、DSC、SEM以及IR对固体分散体的晶型、形态以及药物-载体分子间的相互作用等做了考察，结果表明由HME制备得到的Lapatinib ditosylate固体分散体药物结晶度下降，形成了非晶态，由于表面活性剂载体和增塑剂形成了胶束，与现有药物相比Lapatinib的溶解性能显著提高。

2.3 微乳化和自微乳化技术

纳米乳液(nanoemulsion)又称微乳液(microemulsion)，是由水、油、表面活性剂和助表面活性剂等自发形成，粒径为1-100 nm的热力学稳定、各向同性，透明或半透明的均相分散体系。纳米乳热力学稳定、制备工艺简单、可自发形成、具有缓释和靶向作用、粒径小、分散程度高、能提高药物的溶解度[37]、保护药物在运输过程中不被降解并增加胃肠道对药物的吸收。

依鲁替尼( Ibrutinib)是一种小分子BTK抑制剂，临床上主要用于治疗套细胞淋巴瘤(MCL)和慢性淋巴细胞白血病(CLL)[38]。由于 Ibrutinib生物利用度极低，临床用药剂量大，Faiyaz Shakeel等人通过水相滴定法制备了 Ibrutinib的自纳米乳化药物传递系统(SNEDDS)[39]。分别以Capryol-PGMC、Tween-20、Carbitol和水为油相、乳化剂、助乳化剂、水相，以一定的比例混合均匀制备了IBR-SNEDDS，并对其粒径、形态等进行了系统的表征，结果证明通过水相滴定法制备得到的纳米乳为粒径小、分散程度高的球形液滴，热力学稳定性较好。与Ibrutinib混悬液相比，24 h内纳米乳的体外释药程度达到98.9%，而混悬液药物的释放仅为26.8%。体内实验结果表明IBR-SNEDDS中药物吸收程度高，滞留时间长，生物利用度为IBR-Suspension的2.64倍，即IBR-SNEDDS可大大提高药物在体内吸收程度。

2.4 磷脂复合物

磷脂复合物(Phytosome)是药物和磷脂分子通过电荷迁移作用而形成的较为稳定的化合物或络合物。它可以显著地改善药物的脂溶性，增强药物吸收，提高活性成分的溶解性[40]和生物利用度，减少药物不良反应。制备方法是将药物和磷脂置于非质子传递溶剂经过加热、搅拌、回流等手段处理，最后去除溶剂即得。

Qiujun Qiu 等人研究了通过制备磷脂复合物，来提高Ibrutinib抗肿瘤作用的方法[41]。实验选用卵磷脂酰甘油(EPG)为辅料，并以5%乳糖为冻干保护剂，在特定的工艺参数下利用热回流反应制备了IBR的磷脂复合物(IBR-PC)，并通过TEM、FT-IR、DSC、XRD以及分子对接实验对其进行了评估。溶解度实验、贮存稳定性实验、体内药代动力学实验以及细胞毒实验结果表明，IBR-PC在不同pH条件下均能保持良好的溶解度，6个月内药物粒径和含量均未发生改变，体内药物相对生物利用度比IBR混悬液高9.14倍，与游离的IBR相比，IBR-PC具有更强的细胞毒性，抑制肿瘤效果更明显。Chander Parkash Dora等[42]利用erlotinib(ERL)和phospholipid(PC)以回流法制备了纳米级的磷脂复合物，实现了药物晶型到非晶的转变，研究表明Caco-2细胞对ERL-PC的摄取为游离药物的2倍，ERL-PC具有更高的细胞毒性，生物利用度为游离ERL的1.7倍。

2.5 药物纳米化

对于难溶性药物，粒径>2 μm时，根据Noyes-Whitney方程，粒径对于溶出速度影响较大，但对溶解度几乎无影响。但当药物粒径<100 nm时，溶解度随粒径的减少而增大，这一规律可以用Ostwald-Freundlich方程表示，因此可通过药物的纳米化来增大难溶性药物的溶解度。常见的纳米粒按载体不同可分为蛋白质纳米粒、聚合物纳米粒、脂质体纳米粒、无机纳米粒，金属纳米粒等，纳米颗粒可以同时负载亲水性和疏水性治疗药，有利于促进难溶性药物的溶出，若与合适的药物联合使用，还可增加抗癌效果，提高药物靶向性[43]。

北京化工大学陈鹏对达沙替尼(Dasatinib)的纳米颗粒进行了研究[44]。以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂S、水为反溶剂AS、甘露醇为亲水性药用辅料，利用反溶剂沉淀法制备了纳米级Dasatinib复合粉体，结果表明Dasatinib复合粉体在制备前后药物晶型没有发生变化，但结晶度降低，用冻干法去除溶剂时药物回收率高达92%，相同时间内Dasatinib纳米颗粒与其原料药的溶出度分别为90%和12%，且其纳米粒在常温避光状态下可保持稳定。Nagarjun Rangaraj等[45]利用超声沉淀法以pluronic F-127为稳定剂制备了Ibrutinib的纳米混悬液(NS)，Ibrutinib-NS粒径小，多分散指数值低，经DSC和PXRD验证，Ibrutinib由晶型转变为非晶状态，室温下放置6个月可保持稳定，药动学实验表明，禁食状态下Ibrutinib-NS的Cmax和AUC0-t分别为原料药的3.21-3.53倍，5.21-5.83倍，食物对体内药物吸收影响较小。Shuangshuang Sun等[46]研究了Ibrutinib纳米晶的制备，产物稳定性良好，药动学实验表明纳米晶的生物利用度相对于原料药明显改善，然而药物吸收呈现性别差异，雌鼠的生物利用度为雄鼠的3倍。Jing Wang等人研究了gefitinib的纳米制剂[47]，以carboxymethyl chitosan(CCS)包裹的Pluronic©F68/poly(lactic-co-glycolic acid)(PF/PLGA)为纳米转运载体，产物GEF/CCS/PF/PLGA NPs的生物利用度为市售gefitinib的1.6倍，并具有药物缓释作用，增加了细胞摄取并提高了药物溶出度。

2.6 药物非晶态

同一化学结构的药物，因结晶条件不同导致分子排列和晶格结构的差异，从而形成了不同的药物晶型。无定型结构(amorphous form)因无晶格约束，自由能大[48]，因此溶解度和溶出速度要明显优于结晶型药物。

Xiangjun Shi等人采用旋转蒸发法将Ibrutinib与糖精(Saccharin，SAC)共同制备成一种非晶态药物形式[49]，Ibrutinib具有弱碱性而SAC呈弱酸性，一定程度上可以增大药物溶解度，同时Ibrutinib可以高度分散在SAC中，利用SAC自身的水溶性来加速药物溶解。对IBT-SAC产物进行了TGA、DSC、XRD以及FT-IR分析，证实了IBT和SAC之间的相互作用以及药物非晶态的形成，能显著提高药物溶解度。Man Zhang等人[50]证明了微晶纤维素(MCC)作为一种晶型生长抑制剂，可与难溶性Ibrutinib形成共非晶系统，能有效提高药物的溶解速率并稳定药物的无定型结构，进一步提高了Ibrutinib的体内抗肿瘤活性。

3 结语

蛋白酪氨酸激酶(PTK)作为抗癌药物开发的有效干预点，目前已经成为抗癌领域研究的主流趋势之一。其中以替尼类药物为代表的TKIs具有良好的靶向抗肿瘤性能，可以通过单靶点或多靶点发挥药物活性，同时此类药物也逐渐暴露出很多缺点，如药物生物利用度普遍较低、易产生耐药性等。针对药物生物利用度的问题，现阶段主要通过改变药物晶型状态、粒径大小来加速药物溶出，从而增强药物在体内的吸收，减少临床用药剂量，降低药物不良反应。