新型给药系统：聚合物胶束与泡囊.ppt

新型给药系统聚合物胶束 与泡囊 陆 彬 四川大学华西药学院 聚合物胶束与泡囊 2 一、前言 二、聚合物胶束与泡囊的结构特点 三、聚合物胶束与泡囊的缓释性和体内分布 四、临界胶束浓度与聚合物胶束 五、制备聚合物胶束的材料 六、聚合物胶束的制备方法 七、聚合物胶束的应用实例 八、制备泡囊的材料 九、泡囊的制备方法 十、泡囊的应用实例 十一、结语 聚合物胶束与泡囊 3 一、前 言 胶束(micelles，亦称胶团)是胶体分散系中的一种，属于缔合胶体。胶束在药学中长期用于难溶性药物的增溶，聚合物胶束(polymeric micelles)不仅用于增溶，而且可以作为药物载体。如难溶于水的两性霉素B，用PEG-聚（-苯甲酰-天冬氨酸酯）制成聚合物胶束，溶解度可提高到5 g/L，是原来溶解度的1万倍。近年来，聚合物胶束用作载体成为给药系统研究的热点，可以用于提高药物稳定性，延缓释放，提高药效，降低毒性，和具有靶向性。如将P388白血病大鼠用阿霉素及其聚合物胶束进行药理对照实验，阿霉素中毒剂量是30 mg/kg，而其聚合物胶束是600 mg/kg，即胶束使其毒性大为降低。用聚乙二醇/磷脂酰乙醇胺聚合物胶束（低浓度时很稳定，粒径735 nm），发现与血浆无明显作用，在血液循环中能长时间存在，且在荷Lewis肺癌的小鼠癌组织及EL T4淋巴癌中浓集，如包载难溶的抗癌药，也在癌中浓集，说明该胶束有良好的稳定性和靶向性。聚合物胶束与泡囊 4 由磷脂类和胆固醇的双分子层组成的脂质体，其膜具有类似生物膜结构成为药物的优良载体。其主要特点是具有靶向性、缓释性、细胞亲和性和组织相容性。脂质体存在的问题主要是不太稳定，包括药物易渗漏、磷脂易受氧化和降解等。近年发展成泡囊(niosomes，亦称囊泡或类脂质体)及聚合物泡囊(polymer vesicles 或polymersomes)，它们作为药物载体与脂质体的体内外性质极其相似，但较脂质体稳定，比胶束和纳米乳载水溶性药量大，是一类极有前途的新型给药系统。一般泡囊是由非离子型表面活性剂形成，而聚合物泡囊则由双亲性嵌段共聚物形成，条件是亲水段和疏水段的长度合宜或分子结构中亲水段与疏水段相间排列适当。泡囊和聚合物泡囊均可在水中自组装形成。聚合物胶束与泡囊 5 二、聚合物胶束与泡囊的结构特点 聚合物胶束和泡囊均可由合成的双亲性表面活性剂在水中自组装形成。但聚合物胶束是内核疏水、外层亲水的实心结构，空白胶束粒径通常在1050 nm之间。结构见右上图。胶束核心包载固态疏水药物后可成为纳米球或亚微球，包载液态疏水药物后可成为纳米乳或亚微乳，粒径均大于空白胶束。胶束也可在其亲水基团之间包载亲水药物，但载药量较低。见右下图。所谓“自组装”，即在水溶液中双亲性分子的疏水段被水分子排斥而聚集，从而自动形成亲水段向外的缔合结构。聚合物胶束与泡囊 6 泡囊通常由非离子型表面活性剂形成，具有封闭的双层结构，壳层内外均是亲水基团（右图用圆圈表示），空的中心可容纳水性介质，夹在两层亲水基团中间的是疏水基团，双分子层单室泡囊示意图见右上。泡囊亦可由双亲性线形嵌段共聚物在溶液中自组装形成单分子层膜，称为聚合物泡囊。右下图是由聚甲基苯基硅烷-聚氧乙烯嵌段共聚物形成的泡囊示意图，其外壳内侧和外侧均是亲水基团聚氧乙烯，壳层中心为疏水的聚甲基苯基硅烷。泡囊的大小通常在几十纳米至几十微米。由于具有较大的中空亲水区，对水溶性药物的包封率高，在壳层的疏水区也可以包载疏水药物，但载药量较小。聚合物胶束与泡囊 7 脂质体与聚合物泡囊均可由“成膜”和“水化”两步形成，如右上图。两者的主要区别取决于双亲性材料的分子量，见右下图。分子量小于100者不能形成聚集体(n.a.)；1001000之间形成脂质体；1000以上则形成聚合物泡囊。而且，随着材料分子量增大，聚集体的稳定性增大至一定值，膜的流动性和透过性降低。故聚合物泡囊的稳定性明显高于脂质体，而膜的透过性较低（缓释性更高）。聚合物胶束与泡囊 8 双亲性嵌段共聚物在溶液中可以自发形成胶束，亦可形成共聚物泡囊，其中决定性因素是亲水段（如POE或PEG）在分子中所占的体积比(fOE）。fOE0.5时亲水段很大，形成锥形分子（右图右上），也形成球形胶束。当fOE 在0.20.42时，（见右上图的左）可形成壳层结构，即聚合物泡囊（右中图的左）。当fOE在0.420.5时，形成 虫状（或棒状）胶束（见右下图）。聚合物胶束与泡囊 9 脂质体同PEG共价结合得到隐形（或长循环）脂质体。但发现，所得隐形脂质体中PEG的摩尔比最高不能超过11。认为PEG比例过高（包括用PEG 5000代替2000），均导致锥形分子而形成胶束，而所得脂质体中PEG的比例仍未提高。右图，隐形脂质体膜中PEG化的分子比例不高（约为10）。其余 每个双亲性嵌段聚合物均100PEG化，则可形成泡囊膜，因为疏水段（聚丁二烯）占一半以上，即fPEG处于0.20.42。这种隐形聚合物泡囊不仅比隐形脂质体的血循环时间延长2倍以上，而且稳定性也高，对脂溶性及双亲性药物的载药量也大为提高，因为膜的疏水层厚度大大增加。聚合物胶束与泡囊 10 三、聚合物胶束与泡囊的缓释性和体内分布 （一）缓释性 通常疏水性药物用胶束包载，亲水性药物用泡囊包载，均可在体内外具有较明显的缓释性。如氯硝西泮制成PEG-聚（-苄基-1-谷氨酸酯）胶束后，在pH 7.4 PBS中进行体外释放70天才释药40。聚合物胶束与泡囊 11 又如布洛芬(难溶于水)泡囊的材料为 Span 60/胆固醇/二鲸蜡磷酸酯(组成比为 47.5/47.5/5)，在人工胃液中比原药释放慢（右上图），在人工肠液中比原药释放更慢(右下图)。因该泡囊在微碱性溶液中更稳定。又如羧基荧光素，其几种剂型的释药速率如下：游离羧基荧光素W/O型乳剂泡囊 聚合物胶束与泡囊 12 （二）体内分布 粒子型给药系统在体内的分布主要取决于粒径和粒子表面特性（如亲水性和电荷）。粒径小于50 nm的胶束和泡囊具有优良的组织透过性，尤其是可在具有渗漏性血管的组织（如肿瘤、炎症区或梗死区）聚集，即所谓增强透过和滞留效应（EPR），因而具有天然的被动靶向作用。其粒径又大于可以被肾排泄的程度，而小于可以被单核细胞非特异摄取的限度，可以延长在体内的时间。也使其可以用亚微米微孔法过滤除菌。胶束还具有克服血-脑屏障（blood-brain barriers,BBB）的功能。聚合物胶束与泡囊 13 粒径小的泡囊由于有细胞相容性，易透过皮肤。如雌二醇泡囊透过人体角质层的量，泡囊为胶态时比原药增加1.5 2.4倍，液态泡囊则增加4.89.5倍。又如甲磺酸用8-聚氧乙烯月桂醇酯制成泡囊，体外透皮量为13.62.3 ngh-1cm2,是普通泡囊的6.2倍，认为是改变了角质层的超微结构，进一步提高了皮肤的透过性。静注粒径0.12.0 m的泡囊，会很快被网状内皮系统吸收而从血液中清除，最终到达肝脏的枯否氏细胞的溶酶体中。725 m的泡囊可以被肺毛细血管机械截留，具有肺靶向性。栓塞后是否带来毒副作用，视粒子型载体的性质而定。如静注阿霉素泡囊释药时间延长1/2，可提高肝中药物浓度，肝中代谢物增加2倍，肺中含量也增大，清除率和分布体积明显降低，心脏中药物半衰期降低，提高了对心脏的保护力。聚合物胶束与泡囊 14 四、临界胶束浓度与聚合物胶束 在水溶液中加入表面活性剂后，溶液的界面张力迅速降低，当表面活性剂分子在水溶液表面的浓度达饱和后，如果继续加入表面活性剂，其分子就会急速转入溶液内部，形成亲水基向外、疏水基向内的表面活性剂分子缔合体，即胶束。在非水溶液中，过量的表面活性剂会形成亲水基向内、疏水基向外的分子缔合体，称为反胶束。表面活性剂分子缔合形成胶束时的最低浓度称为临界胶束浓度(CMC)。反胶束往往不象水溶液的胶束有确定的CMC值。聚合物胶束与泡囊 15 在CMC前后很小的浓度范围内，溶液的物理化学性质，如液体的界面张力、渗透压、粘度、密度、摩尔电导等都发生了急剧的变化。CMC值常因溶剂不同而变化，溶液的温度、pH值、离子强度等对胶束CMC值也有影响。在一定温度下，不同表面活性剂的CMC不同，形成胶束的分子缔合数也不同，小分子表面活性剂的胶束，通常缔合数在几十到几百之间。能形成胶束的最低温度称为临界胶束温度，高于此温度胶束将解缔合成单体。聚合物胶束与泡囊 16 通常结构相似的表面活性剂，其烃基的碳链增长，CMC值明显降低；非离子型表面活性剂的CMC比离子型的小得多（约1:100），而非离子型表面活性剂胶束的分子缔合数却大得多（可达数千）。药学中常用的低分子表面活性剂对难溶药物的增溶效果较好，但其CMC值较高，不能用作药物载体，因为经稀释的胶束不稳定（如在静注后受血容量的影响会解缔合），故作为给药系统的载体，必须使用两亲性聚合物作材料。聚合物胶束与泡囊 17 五、聚合物胶束的材料 一般用两种聚合物组成的嵌段聚合物，通常用线形嵌断共聚物，其亲水区的材料主要是聚乙二醇（PEG）、聚氧乙烯（PEO）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP），构成疏水区的材料主要是聚氧丙烯、聚苯乙烯、聚氨基酸、聚乳酸、精胺、短链磷脂等。这两类材料可以构成各种二嵌断（AB）或三嵌断（BAB）两亲性共聚物。由于合成时可以控制亲水段和疏水段的长度及其摩尔比，可以制得不同分子量和不同亲水疏水平衡的共聚物。要能形成比较稳定的胶束，PEG段的分子量通常在1 00015 000范围，而疏水段的分子量与此相当或稍小。文献中也有用两个亲水聚合物共聚，再在其中之一接上疏水药物（如紫杉醇、顺铂或疏水的诊断试剂等）形成疏水核芯。聚合物胶束与泡囊 18 聚合物胶束的形成除借助疏水段的van der Waals力以外，还可以借助静电引力。水溶性的两种带相反电荷的嵌段共聚物分子，可借静电引力形成聚合物胶束，如将聚氧乙烯（PEO）同聚天冬氨酸（PAsp）组成的带负电荷聚合物PEO-PAsp，和带正电荷的聚合物PEO-聚羟氨酸两种溶液混合搅拌，形成分子间自组装复合物，可用于制备聚合物胶束（或纳米粒）。由于其制备条件温和，特别适用于包载生物技术药物，如多肽、蛋白质类、酶和基因等。聚合物胶束与泡囊 19 六、聚合物胶束的制备方法 聚合物胶束的制备一般分直接溶解法和透析法两种。水溶性较好的材料（如pluronics类）可直接溶解于水（可加热溶解），浓度超过溶解度后即可形成透明的聚合物胶束溶液。水溶性差的材料必须同时使用有机溶剂，先在有机溶剂（或含水的混合溶剂）中溶解，再透析除去有机溶剂，可制得聚合物胶束。载药聚合物胶束制备方法与聚合物胶束类似，有的很简单，将材料（如表面活性剂）先在水中溶解、分散，再加入疏水性药物的适当溶液搅拌即成。此外有以下方法。（一）物理包裹法 1.自组装溶剂蒸发法 将材料与药物溶于有机溶剂中，再逐渐加到搅拌的水中，形成聚合物胶束后，加热将有机溶剂蒸发除去，即得。聚合物胶束与泡囊 20 2.透析法 将两亲性聚合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）或N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，溶解后加入难溶于水的被载药物，搅拌过夜，再将混合溶液置透析袋中，用水透析59 h，透析后冷冻干燥即得。如用两亲性嵌断共聚物聚乙二醇-聚谷氨酸苄酯作材料，同药物萘普生一起溶于DMF（或THF 四氢呋喃）中，60保温，转至透析袋中用水透析，定时换水后，将被透析液离心，上清液0.45 m微孔过滤，即得萘普生胶束，粒径35245 nm，其中较大者外壳厚度约20 nm。共聚物中疏水段愈长者粒径愈大（同时对萘普生增溶的效果亦愈大），用THF作溶剂者粒径远小于用DMF者，共聚物/溶剂比愈大者粒径也愈大。聚合物胶束与泡囊 21 3.乳化-溶剂挥发法 将难溶药物溶于有机溶剂，同时将聚合物以合适方法制成澄清的聚合物胶束水溶液，再在剧烈搅拌下将有机溶液倒入聚合物胶束溶液中，形成O/W型乳状液，继续搅拌使有机溶剂挥发，滤去游离的药物及其它小分子后，冷冻干燥即得。此法所得的聚合物胶束载药量比透析法略高。（二）化学结合法 利用药物与聚合物疏水链上的活性基