微乳液在透皮给药方面的应用

周 越 穆 蒙 张永民

（1.江南大学化学与材料工程学院，江苏无锡，214122；2.中石化胜利油田石油工程技术研究院，山东东营，257067）

微乳液(ME)是由水、油、表面活性剂以及助表面活性剂(短链醇、酸或胺等)自发形成的透明或半透明，热力学稳定的分散体系[1]。在表面活性剂和助表面活性剂的配伍作用下，油水界面张力降至一个超低值，体系自发形成具有极大油水界面面积且稳定的微乳液[2]。与普通乳液相比，微乳液的分散液滴直径很小，通常为10～100 nm，且通过简单的手摇或涡旋即可形成，制备不需要高能耗。

在药物输送方面，透皮给药相比于口服等给药方式能避免如肠胃灭活等造成生物利用度不高的问题，稍加设计还能达到长效、减少副作用和延长作用时间等效果。更重要的是，能在一定程度上实现药物的靶向作用[3]。但透皮给药因为皮肤屏障的存在和药物渗透性低以及溶解性不好等问题的存在受到了一定的限制。微乳液可以同时增溶亲水性和疏水性的药物，提供药物渗透浓度梯度进而提高生物利用度；且稳定性极好，可以提高药物的储存稳定性；此外，微乳液表面张力超低，易于润湿皮肤，同时能使角质层的结构发生变化，如增强角质层脂质双层流动性和破坏角质层水性通道，因此能促进药物进入人体循环，是一种良好的局部给药载体系统[4]。多年来，微乳液作为潜在的药物输送系统引起了广泛的关注[5]，有关研究如雨后春笋般蓬勃兴起。本文从使用的表面活性剂类型出发，从近几年的文献中总结概述了微乳液在透皮给药方面的优势及应用，并对微乳液在透皮给药领域的研究存在的问题进行分析和展望。

1 常规表面活性剂基微乳液系统

用作药物运输系统的微乳液的组分要求无毒无刺激，对药物有较大的负载能力。其中最常用的表面活性剂有聚氧乙烯山梨醇脂肪酸酯(Tween)和山梨醇脂肪酸酯(Span)系列，或者两者复配，具有很好的乳化效果，刺激性也非常小，适于作为药物载体。油相通常选择中等极性的、体积较大的分子，使用最广泛的是中等链长的三酸甘油酯、脂肪酸酯，还有十二酸、十四酸和油酸的甲酯或乙酯等[6]。近年来绿色溶剂离子液体及低共熔溶剂在药物载体中的应用也引起了研究者的广泛兴趣[7-9]。这些分子既能保证与脂溶性药物的相溶又能够与表面活性剂界面膜渗透和结合。

Aggarwal及其团队[10]制备并评估了负载灰黄霉素(一种抗真菌药物)的微乳液。通过使用油酸、Tween80和乙醇分别作为表面活性剂和助表面活性剂来制备微乳液。该微乳制剂的粒径、多分散指数(PDI)和ζ电位分别为12.21 nm、0.109和-0.139 mV。将雄性小鼠皮肤用于研究药物的渗透，并将负载灰黄霉素的微乳状液分别与其水悬浮液、油溶液和普通乳膏进行比较。结果表明，与其他剂型相比，基于该微乳体系的药物渗透率高3倍。Qurt等[11]开发了基于相同组分的微乳液体系用于伏立康唑(VCZ)和舍他康唑(SCZ，分别为两种典型的广谱抗真菌药物)的皮肤输送。通过物理稳定性，离体猪皮的体外药物渗透和抗真菌活性实验对制备的微乳制剂进行了表征和评估。所形成的微乳液尺寸较小，其中ME-VCZ的液滴尺寸为10.72±0.14 nm(PDI=0.11±0.03)，ME-SCZ的液滴尺寸为16.67±0.23 nm(PDI=0.12±0.05)。体外皮肤渗透以及胶带剥离研究表明，通过优化微乳配方，两种抗真菌剂向皮肤深层的递送均得到显著增强，皮肤累积量均高于市售抗真菌乳膏。衰减全反射傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)证明微乳剂可以通过增加细胞间脂质的流动来克服角质层屏障。此外，体外抗真菌活性测试中负载这两种药物的微乳也显示出了对念珠菌等多种真菌的良好杀灭效果。

Salabat等[12]引入离子液体(ILs)：1-辛基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐([OMIM][PF6])和1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐([BMIM][PF6])，制备微乳作为塞来昔布(一种非甾体抗炎药)的局部给药系统。使用Franz扩散池研究了ILs基微乳中的塞来昔布在大鼠皮肤中的体外扩散，并将其与传统微乳进行了比较。两种微乳均使用Tween80和二乙二醇单乙醚(Transcutol)组成的表面活性剂体系，油相分别为离子液体和肉豆蔻酸异丙酯，用于构建ILs/W和O/W微乳液。离体释放结果表明，ILs/W制剂的塞来昔布渗透性比O/W制剂大，且ILs/W系统释放速率比O/W系统更快。该研究说明ILs在微乳透皮给药系统中具有良好的应用前景。

2 卵磷脂基微乳液系统

一般而言，在药物运输系统中形成微乳液所需的表面活性剂用量通常为20%～30%，大量表面活性剂和助表面活性剂的使用对皮肤存在一定的刺激性，微乳液用于透皮给药的可行性受到限制。因此在配方中使用生物相容性和无刺激性的表面活性剂来构筑微乳液得到了广泛的研究，尤其是天然无毒的离子型表面活性剂卵磷脂[13](图1)。

图1 卵磷脂(磷酸胆碱PC)的化学结构

Changez等[14]研究了卵磷脂/正丙醇/肉豆蔻酸异丙酯/水微乳液的组成对盐酸丁卡因(THCl)透皮渗透的皮肤屏障性能的影响。研究发现盐酸丁卡因的皮肤通量取决于卵磷脂与正丙醇的比例(Km比例)。在较低的Km比例(即0.5︰1和0.8︰1)与较高的Km比例(1︰1和1.5︰1)的微乳液中，THCl的渗透速率更高。卵磷脂基微乳制剂使用6 h后的透射电子显微镜(TEM)照片分析显示，表皮的细胞间空间增加了3.5±0.75倍，上层真皮增加了3.8±0.4倍。总体而言，卵磷脂微乳通过皮肤上的水合作用梯度产生强大的作用力，这迫使皮肤屏障最弱的细胞间连接变宽，并产生透皮通道以使药物渗透到皮肤中。共聚焦激光扫描显微镜结果显示汗腺和毛囊也为药物透过皮肤提供了通路。

Savic等[15]为了提高他克莫司(TAC，一种高分子量和水溶性差的免疫抑制大环内酯)的皮肤渗透性，开发了无刺激性的基于卵磷脂的微乳液，其中包含乙醇，异丙醇或丙二醇作为助表面活性剂，各种辛酸/癸酸甘油三酯和丙二醇单辛酸酯作为油相。研究不同组分对于微乳液三元相图中的单相区大小的影响及其形成不同类型微乳液的能力(图2)，发现异丙醇为助表面活性剂时单相区面积最大，而油相几乎没有影响。稳定性研究证明在室温下保存一年后，TAC的含量没有变化。皮肤性能实验表明微乳对皮肤无刺激性，利用Franz扩散池进行的体外释放试验显示TAC从微乳中释放的速率较高[两种双连续型微乳为0.98±0.10和0.92±0.11 µg/(cm2·h)，水包油微乳为1.00±0.24 µg/(cm2·h)，参照的乳膏0.15±0.08 µg/(cm2·h)］。此外，使用胶带剥离法通过猪耳皮肤进行离体渗透评估，证实了两种类型的微乳载药体系的优越性，这意味着已开发的微乳剂是TAC经皮肤递送的有希望的载体。

图2 基于卵磷脂的微乳液的理化表征(左上)、三元相图(中)和负载他克莫司的稳定性(左下)及体内外释放曲线(右)

3 微乳凝胶系统

向微乳液体系中加入胶凝剂如明胶、黄原胶、卡拉胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素等以提高体系的黏度从而形成凝胶，这样的体系称为微乳液凝胶。凝胶制剂能很好地黏附在皮肤上，延长了药物在皮肤上的保留时间从而提高药物的渗透率，并在一定程度上达到缓释的效果，同样更好的流变特性也会改善患者对于药物使用的可接受性[16]。

白藜芦醇的甲基化衍生物的3,5,4'-三甲氧基-反式-二苯乙烯(BTM，如图3所示)具有广泛的药理活性，可用于抗肿瘤、抗过敏、抗衰老和抗炎，有研究发现该类药物对骨关节炎具有极好的疗效，但口服BTM存在如肾脏损伤的副作用[17]，因此局部给药将成为不错的替代方式。Hu等[18]开发了负载BTM的微乳水凝胶(MBH)制剂，作为局部给药系统来治疗骨关节炎。对微乳液配方进行优化，最终选择了具有最佳的稳定性以及最高的BTM溶解度的配方，包含18.8%的油酰基聚乙二醇甘油酯(表面活性剂)，9.4%的二甘醇单乙醚(助表面活性剂)，3.1%的油酰基聚乙二醇甘油酯(油相)和68.7%的水。所获得的BTM负载的ME(BTM-ME)具有球形形态，粒径为17.5±1.4 nm，PDI值为0.068±0.016，ζ电位为-11.8±0.5 mV。进一步使用胶凝剂Carbopol940得到BTM负载的微乳基凝胶(BTMMBH)。离体皮肤渗透研究表明，ME和MBH制剂均显著提高了BTM的渗透量，在12 h内分别比乳液凝胶的高3.25倍和1.96倍。药代动力学研究表明，局部使用微乳液给药可以减少BTM进入循环系统的程度。此外，BTM-MBH的局部递送在兔骨关节炎模型中显示出显著的抗骨关节炎作用。另外，选择双氯芬酸凝胶作为阳性对照，全面评估了BTM-MBH的治疗效果，结果表明开发的BTMMBH配方可能是用于治疗骨关节炎的有前途的局部给药策略。

图3 白藜芦醇(a)及其甲基化衍生物(b)的化学结构

除加入传统的胶凝剂促使微乳液形成凝胶外，使用非离子表面活性剂D-α-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯(TPGS)在特定比例下也能赋予微乳液体系刚性结构，所形成的层状体系具有渗透增强性能以及凝胶的良好流变特性。TPGS是通过维生素E琥珀酸酯和聚乙二醇(PEG)酯化而成，可以开发出包括胶束，微乳液，囊泡和纳米颗粒(NPs)在内的不同的药物制剂[19]。

Nicoli团队设计了一种基于TPGS的微乳凝胶，用于皮肤输送咪喹莫特(IMQ，一种用于治疗皮肤感染的免疫刺激药物)[20]。使用TPGS和Transcutol混合物作为表面活性剂体系，油酸作为油相。固定油和表面活性剂比例，沿着水稀释线(从20%～56%w/w)选择了八种微乳液配方(图4)，对其流变行为进行测定，并使用X射线散射(SAXS)对其超分子结构进行了表征。SAXS实验表明，在水含量为20%的微乳液中，存在不连续的液滴；将系统稀释至48%的水含量后，该结构变成了相互连接的层状微乳液；达到最高的水含量52%～56%后，体系为不连续层状结构。随着水含量升高，体系从近似牛顿流体变为凝胶状结构，在48%的水含量下显示出最大的黏度。皮肤吸收实验表明，渗透却与微乳液的介观结构存在较大关联。相互连接的层状结构有效地增强了药物的吸收，而在液滴或是不连续的层状结构存在的情况下，药物的吸收减少。此外，研究结果表明微乳体系的介观结构还影响表皮和真皮之间的药物分布，当存在不连续的层状结构时，发现皮肤的药物累积量明显增加。这表明通过改变微乳状液成分来调节药物的输送和局部进入皮肤是可行的。

图4 (a)TPGS/Transcutol—油酸—水体系的拟三元相图。白色区域为透明微乳，黑色区域表示微乳凝胶；重叠的灰色区域为透明且高黏度的配方。(b)咪喹莫特和微乳液组分的化学结构

上述体系因油酸存在，其双键易被氧化，稳定性差。Nicoli团队进一步研究使用饱和脂肪酸异硬脂酸(ISO)作为替代制备基于TPGS的微乳凝胶系统用于IMQ的递送，制剂稳定性和经皮给药能力均有所增强[21]。除此之外，Nicoli团队还全面地比较了使用不同的表面活性剂(Tween80和TPGS)制备微乳液凝胶负载环孢菌素(一种局部治疗牛皮癣的免疫抑制剂，它的局部应用可以避免全身免疫抑制，但是其理化特性阻碍了其渗透)透皮给药的能力[22]。使用油酸作为油相，Transcutol、丙二醇或1,3-丙二醇作为助表面活性剂。基于Tween80的微乳液通过加入不同的增稠剂(包括透明质酸钠、气相二氧化硅、Pluronic、海藻酸钠和Carbopol940)处理形成凝胶，基于TPGS的微乳在适当比例下形成自胶凝体系。选择不同的微乳配方负载6 mg/g环孢菌素，并在猪皮肤上离体施用22 h。如图5，含水量低的Tween80-ME的相关皮肤累积量为9.78±3.86 µg/cm2，高黏度的TPGS-ME为18.3±5.69 µg/cm2，与对照组环保菌素-丙二醇溶液相比，分别增加了约3倍和6倍。此外，还详细讨论了水含量，表面活性剂，助表面活性剂和制剂黏度因可以改变所形成的微乳液结构从而对药物释放存在的不可忽视的作用。

图5 不同微乳凝胶的组成及其药物皮肤累积量

总的来说，使用基于TPGS的微乳药物制剂不需额外加入胶凝剂，更易于制备，并且在合适比例下其形成的体系因层状结构的存在可以保护药物免于降解，增加皮肤的水合作用并增强药物的吸收，以及TPGS本身具备的克服生物屏障等生物学特性[23]将使得此类微乳在透皮给药领域有更加广阔的应用前景。

4 其他微乳液系统

随着研究的深入，生物聚合物因其独特的生物相容性和生物活性在药物载体的设计和开发中发挥了重要作用。壳聚糖是一种通过甲壳素的碱性脱乙酰作用而获得的天然聚合物，它无毒，生物相容且可生物降解，由于壳聚糖对细胞膜的高亲和力，它已被用作脂质体制剂的涂层剂。

DÍAZ-ZEPEDA等[24]构筑了壳聚糖包覆的负载姜黄素(从植物中提取的具有抗炎、抗癌、抗菌和抗氧化等多种优良特性的生物活性物，其水溶性有限、吸收差、代谢快速使得其生物利用度非常低)的微乳，配方是以Tween20，Tween80为表面活性剂、乙醇和单丙二醇(MPG)为助表面活性剂，油相为植物中提取的丁香油。通过相图优化了表面活性剂和助表面活性剂的比例，所制备的微乳经过各种稳定性测试，并进行动态光散射(DLS)，ζ电位，电导率以及TEM测试，表明获得了稳定的、球形的，未包覆的和包覆有聚合物的ME，液滴尺寸较小(＜50 nm)。进一步通过改变配方组成比例探究对姜黄素的负载量的变化，并在不同的pH(7.4、6.5和5.8)下进行了壳聚糖包覆的微乳液用于药物递送研究（图6）。研究表明，对于所有聚合物包覆的微乳，由于存在壳聚糖，导致ζ电位增加，但姜黄素的负载不会影响微乳的液滴直径。由Tween20形成的壳聚糖包衣的微乳液中姜黄素的释放表现出对pH的依赖性，在酸性pH为5.8时达到最大释放(58%)。这项工作基于包覆有刺激反应性聚合物壳聚糖的微乳液获得了新的，更有效的药物输送体系，该体系可以通过改变pH来控制药物的释放，从而达到增加药物稳定性和生物利用度的目的，为微乳液体系用于透皮给药提供了新思路。

图6 壳聚糖包封的微乳液释放姜黄素的示意图

此外，利用纤维素水解得到的纤维素纳米晶(NCC)作为药物赋形剂的应用也得到了广泛的研究，NCC由于其纳米尺寸，大的表面积以及作为低毒性和低环境风险的可再生纳米材料的特性而变得非常重要。Zainuddin等[25]曾研究过疏水修饰的NCC作为姜黄素的药物赋形剂的潜力，证明用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的NCC能结合了80%～96%的姜黄素。于是该团队[26]开发了一种基于CTAB-NCC的微乳液，并研究了其作为姜黄素局部给药的能力。研究了微乳剂的粒径及其微结构以及CTAB-NCC纳米颗粒的存在对姜黄素局部递送的影响。体外渗透研究表明，水包油型微乳液中姜黄素的渗透率比油包水和双连续型更高。此外，基于CTAB-NCC的微乳液的使用增强了姜黄素在皮肤中的积累量，这是由于姜黄素与CTAB-NCC之间的相互作用能使其缓慢而受控的释放，且这些体系对L929细胞系没有显示出细胞毒性。这些结果表明，基于CTAB-NCC的微乳液可作为透皮输送姜黄素和其他亲脂性药物的有利途径。

5 结语

微乳液因其具有的独特性质在提高药物生物利用度和克服皮肤屏障等方面具有极大的优势，许多研究的体内外实验均证明了微乳液是一种良好的潜在透皮给药系统。但因微乳液被稀释之后因各相组成比例的改变容易被破坏，且体系具有的生物刺激性问题依旧存在，故微乳液作为透皮给药载体在临床上应用较少。但随着对微乳液体系研究的不断深入，新的表面活性剂的不断出现及微乳液作为药物载体的释放模型的建立和完善，以及更加绿色和生物相容性体系的出现，微乳液在药物输送尤其是透皮给药领域将有更广阔的应用前景。