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摘 要：药物纳米结晶除药物外不含基质材料。微粒粒径小于1μm。纳米结晶在难溶性药物口服给药中的应用 水溶性差限制了现有药物的吸收和生物利用度, 也是限制新化学实体 (new chemical entity, NCE) 筛选的一个重要因素。纳米结晶技术近年来作为一种新型的制剂技术, 能提高药物的溶解度和生物利用度, 不仅适用于水难溶性化合物, 同时适用于难溶于水和油的化合物, 从而为药物的开发提供了更为宽广的前景。 药物纳米结晶仅由药物组成, 微粒粒径小于1µm。不同于其它纳米制剂, 如纳米乳、固体脂质纳米粒 (SLN) 、纳米胶束和聚合物纳米粒, 纳米结晶不含基质材料, 只含有少量表面活性剂作为稳定剂, 具有载药量高、易实现静脉注射的特点[1]。纳米结晶与无定形纳米混悬液也有区别, 无定形纳米混悬液粒径更小, 溶解度和溶出速度更高, 但稳定性较差, 易发生Ostwald熟化使粒子平均粒径增大;当混悬液中含有少量晶形粒子时, 由于两者溶解度差异更大, 熟化更快[2]。无定形混悬液适当处理后制成纳米结晶, 不仅更稳定, 且有利于后续处理。因此, 纳米结晶独特的粒径大小和组成决定了其更高的生物利用度、稳定性和安全性, 应用更为广泛。目前, 已成功应用的纳米结晶技术主要有以下几种:Elan Nanosystems公司利用Zr O为研磨介质的珠式研磨将药物颗粒粒径控制在400 nm以下 (Nanocrystal®) ;Skye Pharma公司、Pharma Sol公司、Baxter公司均利用高压匀浆原理, 将颗粒粒径控制在约100 nm (分别为Dissocubes®、Nanopure®和Nanoedge®) 。 1 制备工艺实际应用的纳米结晶方法有珠式研磨 (Nanocrystal®) 、水相介质中高压匀浆 (Dissocubes®) 、非水介质中高压匀浆 (Nanopure®) 、先沉淀后高压匀浆 (Nanoedge®) 等, 此外喷雾干燥、冻干等技术也在研究中[3]。纳米结晶分散在水性介质中更有利于将纳米混悬液制成干燥产品;纳米结晶分散在油相中, 能利用脂质的吸收促进效应提高生物利用度[4];甚至可分散在聚乙二醇 (PEG) 、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 等基质中直接压片。 1.1 机械研磨[5]Elan Nanosystems公司Nanocrystal®技术利用Zr O作为研磨介质, PEG 8000为表面稳定剂, 能将纳米粒的粒径控制在400 nm以下。目前, 应用该技术的上市产品有Rapamune® (西罗莫司, 免疫抑制剂) 、Emend® (阿瑞匹坦, 止吐药) 、Tri Cor® (非诺贝特, 降血脂药) 和Megace®ES (乙酸甲地孕酮, 短效口服避孕药) 。本法制备的粒子粒径主要由研磨珠运动的剧烈程度和研磨介质的大小控制, 研磨越剧烈, 研磨珠越小, 所得粒子的粒径越小。同时, 也要考虑研磨温度对不稳定药物的影响, 以及研磨介质是否会污染产品。珠式研磨时间长, 生产效率较低, 还增加了微生物污染的风险, 特别是研磨过程在室温进行时受污染的风险更高。 1.2 高压匀浆法高压匀浆法主要有两种匀质化方法:微射流 (microfluidisation) 和活塞空隙匀浆 (piston-gap homogenination) 。微射流基于喷气气流原理, 悬液以高速通过特定形状的匀浆腔时, 粒子粒径因碰撞和剪切作用力而减小。其缺陷在于有时通过的粒子太多, 纳米化不完全, 不利于大生产。现应用较多的为活塞空隙匀浆化 (如Dissocubes®、Nanoedge®等) , 已商业化的产品有应用Dissocubes®技术的非诺贝特、白消安 (busulfan, 抗肿瘤药) 等, 平均粒径达到400 nm。 根据流体力学Bernoulli方程 1.3 沉淀法[5,6]一般而言, 水难溶性药物溶于有机溶剂中后再快速加至能混溶的非溶剂中, 利用药物在可混溶的不同溶剂中溶解度的变化, 突然产生的高过饱和状态能引起快速成核, 抑制晶体生长。通过控制搅拌速率、非溶剂-溶剂的体积比、药物含量和温度等参数可获得粒径大小合适且均一的混悬液。本法比研磨和高压匀浆法简单, 成本低, 不需昂贵设备。另外, 沉淀法可避免研磨和高压匀浆法中体系引入高能量的缺陷, 有利于防止药物晶型改变或化学降解。然而, 药物颗粒在生产过程中易熟化, 须加入稳定剂防止纳米颗粒自发的聚集。难溶性药物须选择合适的溶剂以达到一定的溶解度, 而有机溶剂的残留则限制了沉淀法的应用。因此, 目前市场上未见仅采用沉淀法制备的纳米颗粒产品, 但沉淀法可作为高压均质前的处理步骤, 例如Baxter公司的Nanoedge®技术。 2 表征和评价药物纳米结晶粒径小、表面积巨大, 因此具有很高的表面自由能。另外, 由于疏水药物对水的排斥作用, 纳米结晶易聚集以减小表面自由能。因此, 需加入适当表面活性剂抑制Ostwald熟化, 通过空间排斥和静电排斥维持纳米混悬液的稳定。根据Bragg-Williams理论, 只有表征分子间作用的参数χ<2, 即药物-稳定剂形成均相时才能抑制Ostwald作用[8]。Langguth等[9]用螺内酯为模型化合物研究纳米混悬液的药动学, 结果表明粒子粒径的减小并非生物利用度提高的主要决定因素, 作为稳定剂的表面活性剂类型对生物利用度的影响更大。 粒子粒径及其分布是纳米混悬液的重要性质, 决定了饱和溶解度、溶解速度、物理稳定性等性质。光子相关光谱 (photon correlation spectroscopy, PCS) 可测定平均粒径和粒径分布, 后者通常用多分散指数 (polydispersity index, PI) 表示。混悬液稳定性越高, PI应越低。PCS的测量范围较窄 (3~3 000 nm) , 分析微米级颗粒或纳米粒子聚合物时需使用激光衍射法 (laser diffractometry, LD) 。PCS和LD分析原理不同, 前者是根据光密度确定粒子大小, 后者是根据体积, 因此同一样品的PCS和LD结果可能并不一致。纳米结晶的形状和多形性可通过透射电镜 (TEM) 或扫描电镜 (SEM) 表征, 差示扫描量热 (DSC) 和X衍射分析可评价药物纳米晶体的晶体结构[10,11]。 3 作用原理3.1 理化因素化合物的饱和浓度通常只与温度和溶解介质有关, 但在粒子粒径小于2µm时, 饱和浓度也是粒径的函数。根据Ostwald-Freundlich、Kelvin和NoyesWhitney方程, 纳米颗粒半径减小可增加饱和溶解度 (cs) 、比表面积及溶出速度[2]。Prandtl方程表明纳米颗粒扩散层厚度减小, 也可加快溶出[12]。 如Nanocrystal®西洛他唑 (cilostazol) 喷雾干燥粉末粒径约为220 nm, 其cs比流能磨粉碎制备的晶体高6%, 同时纳米混悬粒子的模拟50%溶解时间 (指达到50%饱和溶解度的时间) 仅为流能磨粉碎制备的晶体1/144, 说明粒径小, 饱和溶解度和溶出速度都有所增加[13]。 3.2 生理因素由于纳米颗粒表面积大, 与腔道表面的相互作用力增大, 比普通粒径的粒子更倾向于与肠壁黏附, 药物在吸附处释放, 同时药物饱和溶解度增大, 在肠壁和血流中浓度梯度增大[7,14], 使吸收速度加快, 吸收量增加。 纳米结晶药物的饱和溶解度大、溶解速度快, 相当于提高了局部剂量, 因此能通过改变肠壁通透性, 提高生物利用度。研究表明, 低浓度西罗莫司 (sirolimus) 和西罗莫司-环孢素 (cyclosporine) 对空肠和回肠的电生理参数影响不大, 而接受高剂量Rapamune® (西罗莫司) 的动物空肠导电率和短路电流均比正常生理状态增加1.6~2.5倍, 说明肠壁通透性增加, 有利于药物吸收转运[15]。 西罗莫司临床用于接受肾移植的患者, 预防器官排斥。该药溶解性差, 易经小肠黏膜上皮细胞中的药物代谢酶细胞色素P450 3A4 (CYP 3A4) 脱甲基化和羟化。西罗莫司同时也是P糖蛋白 (P-gp) 的底物, P-gp不仅会泵出西罗莫司, 还有可能将泵出的底物重新泵进, 增大了西罗莫司被CYP 3A4代谢的可能性[16,17]。西罗莫司制成纳米结晶后, 增加了药物颗粒的溶解程度和溶解速度, 提高了吸收部位和血流中的药物浓度梯度, 能快速饱和CYP3A4和P-gp, 改变药物代谢途径。但该代谢机制仍不清楚[18]。 固体脂质纳米粒和聚合物纳米粒能经胞吞作用穿过小肠上皮细胞或Peyer淋巴结表面的M细胞[19]。但纳米结晶技术没有应用聚合物载体或修饰聚合物作为纳米载体, 故推测其不能经胞吞或胞饮的方式将药物摄入上皮细胞形成内涵体, 药物暴露于胞质中, 不能避开酶和P蛋白的作用。因此纳米结晶提高生物利用度原理与其它纳米制剂存在差异。 综上所述, 提高生物吸收的根本原因还是在于纳米结晶对药物溶出速度和溶解度的增加作用。 4 临床优点4.1 提高生物利用度Rapamune®作为美国首个应用Nanocrystal®技术的上市药物, 其片剂的生物利用度为27%, 而未采用Nanocrystal®技术的该药口服溶液给药后生物利用度约为14%[20]。以螺内酯作为模型药物, 用Dissocubes®技术制得的纳米混悬液的AUC和cmax比普通混悬液增加2.3倍和2倍[9]。 4.2 减小食物效应西罗莫司口服溶液 (未采用Nanocrystal®技术) 在高脂饮食后的tmax和AUC比禁食状态增加350%和35%;高脂饮食使Rapamune®片剂tmax、AUC分别增加了32%和23%。可见对于应用Nanocrystal®的Rapamune®片剂, 食物的影响较小。Par Pharm公司应用Nanocrystal®技术研发的乙酸甲地孕酮 (Megace®ES) 口服纳米混悬液可治疗恶病质 (cachexia, 指体重不断减轻及肌肉逐渐耗损的症候群) 、体重减轻和AIDS相关的厌食症。口服Megace®ES时, 进食后比禁食状态的cmax仅增加54%;而口服传统制剂时, 进食后cmax比禁食高600%以上[21]。 4.3 载药率高和顺应性好纳米结晶干燥或冻干后可进一步加工, 制成片剂或胶囊, 如Rapamune®片剂、Emend®胶囊剂等, 比溶液剂更易贮存、运输和服用, 提高了患者的顺应性。 4.4 其它应用难溶性药物注射液通常需调节p H或加入潜溶剂。由于体内p H变化或体液稀释效应, 可能产生沉淀, 过量的潜溶剂可能引发过敏和注射部位疼痛。纳米结晶可克服上述不良反应。还可以利用纳米颗粒被循环系统中巨噬细胞吞噬后的p H变化, 实现缓释和控释, 特别适合于AUC决定药效, cmax决定不良反应的药物[24]。纳米结晶还能用于呼吸道给药, 不仅提高了载药率, 且比微粉经喉部沉积引起的系统吸收减少, 减小了引发全身不良反应的可能性[24]。Sigfridsson等[25]比较了难溶药物AZ68 (AZ68是血管激肽NK受体拮抗剂, 用于治疗精神分裂症) 不同剂型的差异, 纳米结晶混悬液的稳定性比溶液和无定形纳米混悬液增加, 吸收速度减慢, 减少了与血药峰浓度过高引起的不良反应, 但吸收程度相同保证了疗效一致。 5 结语纳米结晶技术可广泛用于溶解度差、渗透性较好的药物, 改造原有剂型, 提高生物利用度和患者顺应性。随着大分子和多肽蛋白类活性物质在新药研发中日益重要, 其低溶解度和易变性失活成为该类药物进一步研发利用的瓶颈, 而纳米结晶技术有可能解决这一难题。在对影响纳米颗粒吸收因素的研究更深入以后, 可望通过适当修饰纳米颗粒, 提高吸收率和靶向性。但纳米结晶技术的应用仍受到设备能耗高、易磨损等因素的制约。另外, 药物本身的性质如脆碎性和热敏感性也限制了纳米结晶技术的应用, 需要进一步研究相关制备技术和设备才能克服。 参考文献 [1]Kayser O, Lemke A, Hernández-Trejo N.The impact of nanobiotechnology on the development of new drug delivery systems[J].Curr Pharm Biotechnol, 2005, 6 (1) :3-5. [2]Lindfors L, Skantze P, Skantze U, et al.Amorphous drug nanosuspensions.3.Particle dissolution and crystal growth[J].Langmuir, 2007, 23 (19) :9866-9874. [3]Mschwitzer J, Müller RH.New method for the effectiveproduction of ultrafine drug nanocrystals[J].J Nanosci Nanotechnol, 2006, 6 (9-10) :3145-3153. [4]Hauss DJ.Oral lipid-based formulations[J].Adv Drug Deliv Rev, 2007, 59 (7) :667-676. [5]Date AA, Patravale VB.Current strategies for engineering drug nanoparticles[J].Curr Opin Colloid Interface Sci, 2004, 9 (3-4) :222-235. [6]Venugopal J, Prabhakaran MP, Low S, et al.Nanotechnology for nanomedicine and delivery of drugs[J].Curr Pharm Des, 2008, 14 (22) :2184-2200. [7]Keck CM, Müller RH.Drug nanocrystals of poorly soluble drugs produced by high pressure homogenisation[J].Eur J Pharm Biopharm, 2006, 62 (1) :3-16. [8]Lindfors L, Skantze P, Skantze U, et al.Amorphous drug nanosuspensions.1.Inhibition of Ostwald ripening[J].Langmuir, 2006, 22 (3) :906-910. [9]Langguth P, Hanafy A, Frenzel D, et al.Nanosuspension formulations for low-soluble drugs:pharmacokinetic evaluation using spironolactone as model compound[J].Drug Dev Ind Pharm, 2005, 31 (3) :319-329. [10]Gao L, Zhang DR, Chen MH.Drug nanocrystals for the formulation of poorly soluble drugs and its application as a potential drug delivery system[J].J Nanoparticle Res, 2008, 10 (5) :845-862. [11]艾萍, 金义光, 王林.药物传送中的纳米混悬液[J].国外医学:药学分册, 2005, 32 (1) :61-63. [12]Muller RH, Keck CM.Challenges and solutions for the delivery of biotech drugs——a review of drug nanocrystal technology and lipid nanoparticles[J].J Biotechnol, 2004, 113 (1-3) :151-170 [13]Jinno J, Kamada N, Miyake M, et al.Effect of particle size reduction on dissolution and oral absorption of a poorly water-soluble drug, cilostazol, in beagle dogs[J].J Controlled Release, 2006, 111 (1-2) :56-64. [14]Müller RH, Runge S, Ravelli V, et al.Oral bioavailability of cyclosporine:solid lipid nanoparticles (SLN) versus drug nanocrystals[J].Int J Pharm, 2006, 317 (1) :82-89. [15]Dias VC, Madsen KL, Mulder KE, et al.Oral administration of rapamycin and cyclosporine differentially alter intestinalfunction in rabbits[J].Dig Dis Sci, 1998, 43 (10) :2227-2236. [16]Cummins CL, Jacobsen W, Christians U, et al.CYP3A4-transfected Caco-2cells as a tool for understanding biochemical absorption barriers:studies with sirolimus and midazolam[J].J Pharmacol Exp Ther, 2004, 308 (1) :143-155. [17]Christians U, Strom T, Zhang YL, et al.Active drug transport of immunosuppressants:New insights for pharmacokinetics and pharmacodynamics[J].Ther Drug Monit, 2006, 28 (1) :39-44. [18]Paine MF, Leung LY, Watkins PB.New insights into drug absorption:studies with sirolimus[J].Ther Drug Monit, 2004, 26 (5) :463-467. [19]des Rieux A, Fievez V, Garinot M, et al.Nanoparticles as potential oral delivery systems of proteins and vaccines:a mechanistic approach[J].J Controlled Release, 2006, 116 (1) :1-27. [20]Mathew TH, Van Buren C, Kahan BD, et al.A comparative study of sirolimus tablet versus oral solution for prophylaxis of acute renal allograft rejection[J].J Clin Pharmacol, 2006, 46 (1) :76-87. [21]No authors.Megestrol acetate NCD oral suspension——Par Pharmaceutical:megestrol acetate nanocrystal dispersion oral suspension, PAR100.2, PAR-100.2[J].Drugs R&D, 2007, 8 (4) :251-254. [22]Kassem MA, Abdel Rahman AA, Ghorab MM, et al.Nanosuspension as an ophthalmic delivery system for certain glucocorticoid drugs[J].Int J Pharm, 2007, 340 (1-2) :126-133. [23]Sahoo SK, Dilnawaz F, Krishnakumar S.Nanotechnology in ocular drug delivery[J].Drug Discov Today, 2008, 13 (3-4) :144-151. [24]Rabinow BE.Nanosuspensions in drug delivery[J].Nat Rev Drug Discov, 2004, 3 (9) :785-796. [25]Sigfridsson K, Forssén S, Holl?nder P, et al.A formulation comparison, using a solution and different nanosuspensions of a poorly soluble compound[J].Eur J Pharm Biopharm, 2007, 67 (2) :540-547. |
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(其中P为静态压, 为流体内任意一点的压力;
动态压, 与流体密度ρ和速度V有关;P0为流体总压力, 非旋转流体中该压力保持不变) , 药物粉末在高速搅拌下分散形成的混悬液通过匀浆器中非常狭小的匀浆孔隙时, 流速大幅增加, 动态压力升高, 静态压力下降。当静态压低于液体蒸汽压时, 混悬液沸腾形成空泡, 当高速流动的混悬液经过常压孔隙时, 蒸汽泡崩塌, 形成空穴诱导震波使粒子破碎
