载体-抑晶剂多元体系过饱和环孢素固体分散体的制备及体外溶出研究

程伟康，郑华，郝贵周*，翟立海，孙勇（. 青岛大学药学院，山东 青岛 6607；. 山东新时代药业有限公司，山东 临沂 73400）

近年来过饱和释药系统（supersaturated drug delivery system，SDDS）作为一种新型药物传递系统在制剂领域受到广泛关注[1]。利用成盐、共晶、纳米粒及固体分散体技术等，有效提高难溶性药物溶解度及生物利用度的方法可统称为过饱和释药系统。“过饱和”是指药物以分子、无定型等形式在溶液中快速溶解，从出现到表观溶解度远远高于其平衡溶解度的现象[2-4]。

固体制剂口服给药进入胃消化道溶解，经小肠上皮细胞吸收后才能进入体循环，从而发挥作用[5]。而目前许多新筛选出来的具有药理活性的化合物溶解性差、在胃消化道中不易溶出，生物利用度低下。固体分散体技术作为一种能有效提升难溶性药物溶解度的制剂策略，随着科学研究的深入愈发受到关注[6-7]。无定形固体分散体（amorphous solid dispersion，ASD）能将难溶性药物以分子、无定型等状态高度分散在适宜的载体基质中，溶解时药物随着载体迅速溶出形成过饱和溶液，从而达到促进吸收、提高生物利用度的目的[8]。但药物的这种过饱和态属于高能态体系，热力学上不稳定，药物分子有从溶液中析晶的趋势，使其浓度转向稳定平衡溶解度。因此，如何有效抑制过饱和固体分散体中的药物析晶问题，使得药物在胃肠道中有较长时间的吸收是提高生物利用度的关键[9-11]。

目前，许多研究利用辅料的抑晶作用与载体联合使用，以期抑制或减缓药物在过饱和溶解过程中的重结晶现象[12]。在此基础上，本研究以环孢素A（CsA）为模型药物，采用热熔挤出技术制备不同固体分散体处方，通过体外过饱和溶出试验探究不同载体及比例对药物的增溶能力，同时对添加不同抑晶剂以后的多元体系固体分散体的析晶抑制能力也进行了考察。

由于CsA在水中平衡溶解度为（7.3 μg·mL-1，37℃）[13]。本实验所使用载体均为水溶性聚合物，且为模拟胃液中酸性环境，体外模拟过饱和溶出介质使用pH 1.0盐酸溶液900 mL（非漏槽条件下），以考察在此条件下不同载体的迅速增溶作用及抑晶辅料的析晶抑制能力。

1 材料

PROCESS 11 HYGIENIC TSE型双螺杆热熔挤出仪（德国Thermo Fisher公司）；UltiMate SR-3000高效液相色谱仪（美国Thermo Scientific公司）；EMPYREAN型X射线粉末衍射仪（荷兰PANalytical公司）；200F3型差示扫描量热（DSC）仪（德国Netzsch公司）；UDT-812A型溶出仪（美国Logan公司）；高速粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）；实验室pH计（梅特勒-托利多公司）。

CsA原料药（含量：99.5%，广东态森德制药有限公司，批号：H10940111）；羟丙甲纤维素HME（AFFINISOL，HPMC 15LV、100LV HME）；聚乙烯吡咯烷酮VA64（批号：25963109T0）、聚乙烯己内酰胺-聚乙酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物（Soluplus，批号：30724424U0）（德国BASF公司）；羟丙甲纤维素E5（陶氏化学，批号：D011I93L02）；泊洛沙姆188（BASF公司，批号：GND10023B）；磷酸（国药集团化学试剂有限公司，批号：20211011）；盐酸（西陇科学，批号：2112237）；甲醇、乙腈为色谱纯，其他化学试剂均为分析纯。环孢素软胶囊（诺华制药，批号：KF8462）。

2 方法与结果

2.1 聚合物载体和抑晶剂的热稳定性考察

采用热分析法考察CsA原料药（API）、聚合物载体及抑晶剂的热稳定性[14]。分别取适量的样品置于铝坩埚中，在流速为40 mL·min-1的氮气中，以10℃·min-1的升温速率，在30～300℃内扫描，并以空白的铝坩埚为参比，记录样品质量的变化规律，结果见图1。

图1 CsA与不同聚合物的TGA与DSC曲线Fig 1 TGA and DSC curves of CsA and different polymers

2.2 单一载体固体分散体的制备

采用双螺杆热熔挤出机，将预混好的CsA（5 g）与不同载体HPMC 100LV、HPMC 15LV、VA64分别按1∶1、1∶3、1∶5的质量比投料。设置热熔挤出机温度170℃，螺杆转速100 r·min-1，待稳定后将物理混合物投入挤出机。物料收集，待冷却后，粉碎机粉碎，过80目筛，避光保存备用。

2.3 含量测定方法学

2.3.1 色谱条件 色谱柱：Ultimate AQ-C18柱（4.6 mm×150 mm，5 μm）；流动相：乙腈-pH 2.8磷酸水溶液（60∶40）；检测波长：226 nm；柱温：70℃；流速：1.5 mL·min-1；进样量：20 μL。

2.3.2 标准曲线的绘制 精密称取CsA 25 mg，置于100 mL量瓶中，用流动相溶解并定容。配制成250 μg·mL-1的母液，再精密量取母液稀释至2.5、5、7.5、12.5、20、30 μg·mL-1质量浓度梯度，进样分析，记录谱图，以峰面积（A）对质量浓度（C）进行线性回归，得到标准曲线方程A＝0.1208C-0.1279（r＝0.9997），表明CsA在2.5～30 μg·mL-1与峰面积线性关系良好。为验证方法的准确性，配制了低、中、高质量浓度分别为5、12.5、30 μg·mL-1的标准溶液进行精密度与回收率考察。结果低、中、高质量浓度标准溶液日内RSD分别为2.0%、3.6%、1.6%（n＝3），平均回收率为（98.75±0.56）%、（99.56±0.34）%及（100.15±0.74）%（n＝3）。

2.3.3 固体分散体中药物的含量 精密称取“2.2”项下制备的不同固体分散体粉末适量（约相当于CsA 25 mg），置25 mL量瓶中，加入甲醇溶解并定容，照“2.3.2”项下色谱条件进样分析，记录峰面积。每个处方重复测定3次。结果3种载体（1∶3）处方中药物含量分别为100.51%、99.82%、100.01%，RSD分别为1.8%、1.2%、0.80%（n＝3）。表明药物含量与理论值无显著差异。

2.4 物相表征

2.4.1 DSC物相分析 称取样品5～10 mg，置于坩埚铝盘中，氮气流速40 mL·min-1；升温速度10℃·min-1；温度范围30～300℃。记录随温度变化样品的吸热变化情况。结果见图2。

图2 单一载体固体分散体的DSC图谱Fig 2 DSC patterns of single carrier solid dispersion

2.4.2 PXRD分析 取适量原料药、固体分散体、药物-载体物理混合物分别进行PXRD分析。工作条件：Cu靶；石墨单色器；电压40 kV；电流40 mA；扫描角度（2θ）3°～50°；扫描速度18.870°·s-1；扫描步长0.013°。结果见图3。

图3 单一载体固体分散体的PXRD图谱Fig 3 PXRD patterns of single carrier solid dispersion

2.5 单一载体固体分散体体外过饱和溶出试验

精密称取单一载体固体分散体适量（相当于CsA 25 mg）。采用桨法，溶出仪转速75 r·min-1，温度设定在（37±0.5）℃，溶出介质选择pH 1.0盐酸溶液900 mL（非漏槽条件下）。分别于5、10、15、20、30、45、60、90 min取样5 mL，用0.45 μm滤膜过滤，弃去初滤液3 mL，取续滤液1.5 mL。按“2.3.1”项下条件进样检测不同点药物过饱和浓度。结果见图4。

图4 单一载体固体分散体过饱和溶出曲线（n＝3）Fig 4 Dissolution curves of single carrier solid dispersion under supersaturated condition（n＝3）

在PXRD的检测图谱中可以看出，单一载体（1∶1）处方中均出现了与药物相似的衍射峰，表明固体分散体出现了析晶或相分离的情况。但在DSC分析中，却未见固体分散体的晶型吸热峰，表明PXRD的检测灵敏度高于DSC，故后续处方均采用PXRD进行表征。由于本研究中选用的HPMC 15LV、HPMC 100LV、VA64均为水溶性辅料，在pH 1.0盐酸介质中，随着载体材料的溶解，CsA快速释放后形成过饱和溶液。从图4的溶出曲线中可以看出，不同比例载体ASD的增溶能力各有差异。

当CsA∶载体为1∶1时3种载体的瞬时过饱和增溶能力较差，从PXRD中分析可能与药物-载体出现相分离相关。而在CsA∶载体为1∶3和1∶5 ASD处方中，药物增溶迅速，过饱和溶出接近80%，过饱和度近数十倍。然而在高过饱和度状态下，CsA出现从溶液中析出的现象，导致其溶解度不断下降，表明单纯使用聚合物载体有快速增溶的作用，但并不能很好地维持这种过饱和溶出的优势。

同时，从CsA∶载体为1∶3和1∶5 ASD处方的溶出结果来看，两种比例载体处方的过饱和增溶能力并无显著差异，考虑到载药量应越高越好，因此接下来选择药物-载体（1∶3）进行下一步的抑晶实验。

2.6 载体-抑晶剂多元体系固体分散体的制备及表征

2.6.1 多元体系固体分散体的制备 为了维持药物的过饱和浓度，有效抑制药物的析晶过程，提升药物在胃肠道内的吸收，从而提高药物的生物利用度，本研究以水溶性聚合物为主要载体，与其他具有抑晶作用的辅料联合使用。制备了不同比例药物-载体-抑晶剂多元体系的固体分散体，处方组成见表1。并进一步对其稳定性及过饱和抑晶效果进行了研究。

表1 聚合物-抑晶剂多元体系固体分散体处方Tab 1 Solid dispersion prescription of polymer crystal inhibitor multi-component system

2.6.2 多元体系固体分散体的物相表征 按照表1所设计的处方，称取CsA（5 g）、聚合物载体及抑晶辅料充分混合后通过热熔挤出技术（挤出温度170℃，螺杆转速100 r·min-1）制备多元固体分散体。PXRD分析结果显示（见图5），1-VA64-P188（0.5）多元载体固体分散体出现了少量CsA的结晶衍射峰，分析原因可能是VA64与泊洛沙姆188的相溶性较差，导致CsA无法完全熔融分散在体系中。而其他多元体系固体分散体中均未出现CsA的晶型，验证了热熔挤出技术制备固体分散体具有良好的物理稳定性及可行性。

图5 载体-抑晶剂多元体系固体分散体PXRD图谱Fig 5 PXRD patterns of solid dispersion of crystal inhibitor multi-component system

2.6.3 多元体系固体分散体的体外过饱和试验 抑晶辅料可以通过与载体或药物发生某些分子水平的作用力，例如形成氢键，疏水相互作用、及空间位阻效应等，来减缓药物在胃液中的聚集重结晶，从而使CsA在到达小肠部位还具有较高过饱和浓度被吸收进入体循环。本研究以多种水溶性聚合物为载体，通过添加不同比例抑晶剂组合，系统研究了多元体系固体分散体对过饱和溶液的析晶抑制效果。

如图6所示，添加不同抑晶辅料对维持过饱和溶出的能力各有差异。总体来看，添加泊洛沙姆188的固体分散体系对维持CsA过饱和溶解效果较好，添加HPMC E5作为抑晶剂体系也能有效减缓析晶过程，但优势略小于泊洛沙姆188体系。与单一载体HPMC 100LV固体分散体相比，添加Soluplus体系固体分散体对维持CsA过饱和状态效果不显著。HPMC 100LV、HPMC 15LV、VA64这3种多元固体分散体体系中，添加不同抑晶辅料后的析晶抑制效果呈相同趋势：泊洛沙姆188＞HPMC E5＞Soluplus。同时，对HPMC 15LV、100LV-P188系列载体来看，抑晶剂比例为CsA的0.1倍与0.3倍相比，0.1倍抑晶剂的瞬时增溶优势可以延续，但维持过饱和优势能力较差。0.3倍抑晶剂的瞬时增溶有所减缓，但维持溶出过饱和优势有提升。当抑晶剂比例为0.5倍时，既能保持过饱和增溶优势，又大大延缓了CsA结晶析出。

图6 载体-抑晶剂多元体系ASDs过饱和溶出曲线（n＝3）Fig 6 ASDs supersaturated dissolution curves of carrier crystal inhibitor multi-component system（n＝3）

对过饱和溶出浓度-时间曲线下面积（AUCss）进一步进行计算。如图7所示，CsA-载体-P188系列ASD具有更高的AUCss值。AUCss值随着抑晶剂比例的增加而逐渐增大。其中以CsA-HPMC 100LVP188体系具有最高的AUCss值，表明该体系的抑晶能力更强，且图8加速试验显示该体系具有较强物理稳定性。

图7 不同体系固体分散体的AUCss结果（n＝3）Fig 7 AUCss values of solid dispersion with different formulations（n＝3）

图8 1-HPMC 100LV-P188（1∶3∶0.5）ASD（40℃，75%RH）加速试验结果Fig 8 Stability accelerated test for 1-HPMC 100LV-P188（1∶3∶0.5）ASD（40℃，75%RH）

3 讨论

本试验首先通过热熔挤出技术制备了CsA的单元载体固体分散体，分别以3种聚合物HPMC 100LV、HPMC 15LV、VA64不同比例1∶1、1∶3、1∶5为载体制备固体分散体系。过饱和溶出度差异的考察结果显示，单一载体虽然具有快速增溶的优势，但维持过饱和浓度的能力有限。在此基础上，添加了第三元抑晶辅料与载体联合使用，制备多元体系固体分散体，并进一步探究其析晶抑制效果。

不同聚合物维持CsA的这种过饱和态能力各有不同，同一载体不同比例瞬时过饱和增溶也有差异，结果表明当CsA-载体（1∶1）时的增溶能力最弱，PXRD显示载体比例越少体系越不稳定。而CsA-载体（1∶3、1∶5）体系增溶趋势相当，且稳定性更好。考虑到载药量因素，（1∶3）体系优势更大。不同聚合物的增溶趋势表现为：HPMC 100LV＞HPMC 15LV＞VA64。

本研究中选择的3种具有抑晶作用的辅料，泊洛沙姆188组具有更好的析晶抑制能力。这主要是由于泊洛沙姆188属于非离子型表面活性剂，溶解时泊洛沙姆188分子能够吸附在药物分子周围，为CsA提供了一定的空间位阻，从而抑制了晶格的形成及晶体生长两个阶段。此外，高浓度的表面活性剂溶出也具有一定的增溶作用。近年来有将HPMC E5作为抑晶辅料的研究报道，因为HPMC E5聚合物分子链上含有羟基，可与药物分子中的羰基形成氢键。而从本实验结果来看，HPMC E5作为抑晶剂联用维持过饱和的优势一般，可能是CsA分子中羰基数量较少，分子间相互作用力较小。作为一种新型HME的辅料，Soluplus是三嵌段共聚物，同时也是一种两亲性非离子型表面活性剂。其对CsA的过饱和态维持效果与泊洛沙姆188、HPMC E5相比较差，推测主要原因是Soluplus与载体聚合物发生某些相互作用，导致CsA分子过多暴露于溶液中而加速了结晶过程。

抑晶辅料的用量与维持CsA过饱和时间也并非完全成正相关。少量抑晶剂联用时（0.1倍）瞬时增溶快，但维持效果不佳；抑晶剂用量（0.3倍）时抑晶作用增强，但增溶优势有所下降。当抑晶剂用量适当时（0.5倍）既保证了瞬时增溶快，又能有效抑制CsA结晶析出。对较优体系CsA∶HPMC 100LV∶泊洛沙姆188（1∶3∶0.5）粉末进行初步压片制备，与原研参比制剂的体外过饱和溶出对比试验验证了自制片剂处方在维持过饱和溶出上具有优势性。

综上所述，本实验利用热熔挤出技术制备载体-抑晶剂多元体系固体分散体，通过系列实验探究了不同聚合物载体及抑晶辅料对维持难溶性药物CsA过饱和溶出的影响，为过饱和释药系统的开发提供了一定理论基础，并为热熔挤出制备固体分散体的产业化提供试验依据。