微球與微囊h

1、微球與微囊 Microspheres and microcapsules,呂萬良 教授北京大學(xué)藥學(xué)院藥劑系 Tel: 82802683 Email: luwl@bjmu.edu.cn,,微球(microspheres)是指藥物被溶解、分散或被吸附在藥物載體材料如高分子聚合物中而形成的骨架型(matrix type)球形微粒。微囊(microcapsules)是將固體藥物或液體藥物作囊心物包裹而形成的藥庫型(reservoir

2、type)球形微粒。,一、定義 definitions,,通稱為微粒(microparticles) 粒徑大小一般在1-300?m，更大者可達(dá)800?m。,1．靶向性經(jīng)過特殊方法制備的微粒，在體內(nèi)特異性分布，提高藥物在治療部位的有效濃度，更好地發(fā)揮藥效。2．緩釋與控釋作用緩釋和控釋微?？蓽p少給藥次數(shù)大，可用于長(zhǎng)效治療的目的，降低血藥濃度峰谷波動(dòng)觀象及其所造成的副作用。3．栓塞作用栓塞性微粒直接經(jīng)動(dòng)脈管導(dǎo)入，阻塞在腫瘤血

3、管，斷絕腫瘤組織養(yǎng)份和抑殺腫癌細(xì)胞，為雙重抗腫瘤藥劑。,二、載藥微粒的作用,,4．降低刺激性載藥微?？裳谏w藥物的不良?xì)馕都翱谖叮乐顾幬镌谖竷?nèi)失活或減少對(duì)胃的刺激性。5．提高藥物的穩(wěn)定性載藥微粒可提高易氧化的胡蘿卜素、對(duì)水敏感的阿司匹林、易揮發(fā)的揮發(fā)油類等藥物的穩(wěn)定性。微球的缺點(diǎn)：載藥量有限，不能定位于所有病變區(qū)。,二、載藥微粒的作用,,藥物微球（囊）化的進(jìn)展可分為幾個(gè)階段 第一代產(chǎn)品：20世紀(jì)70年代，粒徑為5µm

4、-2mm的微囊，口服或皮下植入第二代產(chǎn)品：20世紀(jì)80年代，如1-10µm的微粒。通過非胃腸道給藥時(shí)，被器官或組織攝取后能顯著延長(zhǎng)藥效、降低毒性、提高活性和生物利用度第三代產(chǎn)品：將微粒導(dǎo)入到體內(nèi)特定靶部位而發(fā)揮藥效,三、研究進(jìn)展,,多肽、蛋白質(zhì)類，已有 35種重要治療藥物上市。重點(diǎn)：DNA重組技術(shù)多肽、蛋白、酶、激素、疫苗、細(xì)胞生長(zhǎng)因子及單克隆抗體藥物。700種藥物處于早期研究階段 (研究與臨床前 ) ， 200種以上

5、藥物已進(jìn)入最后批準(zhǔn)階段 (Ⅲ期臨床與FDA評(píng)估) 。長(zhǎng)效、緩釋微球注射劑很有應(yīng)用前景，生物技術(shù)藥物的基本劑型是凍干粉針劑。,三、研究進(jìn)展,,采用生物可降解聚合物，特別是乳酸—羥基乙酸共聚物(PLGA)為骨架材料, 包裹多肽、蛋白質(zhì)藥物制成可注射緩釋微球劑。在諸多多肽緩釋注射劑中, 黃體激素釋放激素(luteinizing hormone releasing hormone,LHRH)類似物微球是研究最為成功的品種。LHRH類似物為

6、 10個(gè)氨基酸組成的小肽, 它由前下丘腦分泌后迅速轉(zhuǎn)運(yùn)至腺垂體, 調(diào)節(jié)促性激素 (GTH)的合成與分泌, 再調(diào)節(jié)性器官的生長(zhǎng)發(fā)育。,1．長(zhǎng)效多肽微球,,曲普瑞林 (triptorelin)是LHRH類似物之一, 其PLGA微球由法國Ipsen公司開發(fā), 1986年上市, 可緩釋 1個(gè)月, 是第一個(gè)多肽微球產(chǎn)品。亮丙瑞林(leuprorelin)是LHRH類似物, 生物活性為L(zhǎng)HRH 15倍。其緩釋 1個(gè)月的微球注射劑由日本武田化學(xué)制藥

7、公司開發(fā)，于 1 989年進(jìn)入美國市場(chǎng)。隨后有多種LHRH類似物緩釋微球注射劑上市，如布舍瑞林(buserelin)等。,1．長(zhǎng)效多肽微球,,傳統(tǒng)的免疫手段系疫苗初次注射后，在一定時(shí)間內(nèi)，需再進(jìn)行多次加強(qiáng)注射, 使人體獲得盡可能高的抗體水平,發(fā)揮可靠的免疫作用。用微囊化技術(shù)將疫苗及其免疫佐劑包裹在可生物降解的聚合物中, 一次注射后, 抗原在體內(nèi)連續(xù)釋放數(shù)周甚至數(shù)月，相當(dāng)于疫苗多次注射的脈沖模式釋藥。此種一次性注射疫苗，對(duì)臨床免疫是

8、一種有巨大實(shí)用意義。第一個(gè)被WHO批準(zhǔn)的一次性注射用疫苗是破傷風(fēng)類毒素微球注射劑。,2．疫苗微球,,兩類用PLGA將破傷風(fēng)類毒素注射劑微球一類囊材為 50：50的PLGA , 微球直徑較小 (1-15 µm )，含較高量破傷風(fēng)類毒素 (142 ng/mg), 易為巨噬細(xì)胞吞噬；另一類采用 75：25的PLGA制成直徑 10-60 µm的微球，內(nèi)含較低量破傷風(fēng)類毒素Ｔ(3 ng/mg)，在微球注射后的速釋部分疫苗

9、快速釋放, 第二釋放相發(fā)生在注射后 3-11周（脈沖釋藥模式）。,2．疫苗微球,,殼聚糖具有較好的生物相容性, 分解產(chǎn)物無毒性, 有促進(jìn)傷口愈合、凝血作用、直接抑制腫瘤細(xì)胞等，具有代表性的殼聚糖微球：抗腫瘤藥：順鉑、米托蒽醌等 解熱、鎮(zhèn)痛和抗炎藥：酮洛芬、地塞米松等生化藥：白喉類毒素等,3．殼聚糖微球,,1．囊心物囊心物（core materials）提高微囊化質(zhì)量而加入附加劑，如穩(wěn)定劑、稀釋劑以及控制釋放速率的阻滯劑、促進(jìn)劑

10、、改善囊膜可塑性的增塑劑等。囊心物可以是固體、也可以是液體。通常將主藥與附加劑混勻后微囊化，亦可先將主藥單獨(dú)微囊化，再加附加劑；若有多種主藥，可將其混勻再微囊化，亦可分別微囊化后再混合。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,2．囊材 對(duì)囊材的一般要求是：（1）性質(zhì)穩(wěn)定；（2）有適宜的釋放速率；（3）無毒、無刺激性；（4）能與主藥配伍，不影響藥物的含量測(cè)定；（5）有一定

11、的強(qiáng)度及可塑性；（6）具有符合要求的黏度、滲透性、溶解性。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,3．常用的囊材 可分為三類（1）天然高分子囊材 最常用的囊材，無毒、穩(wěn)定、成膜性好 明膠 gelatin：平均分子量1.5-2.5萬的混合物。酸水解的明膠為A型明膠（等電點(diǎn)7-9），堿水解的明膠為B型（等電點(diǎn)4.7-5）。成囊性無明顯差別。明膠可生物降解，幾乎無抗原性。常用

12、量20-100g/L。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,阿拉伯膠Arabica acacia系由糖苷酸及阿拉伯酸的鉀、鈣、鎂鹽所組成。一般常與明膠等量配合使用，作囊材的用量20-100 g/L，也可與白蛋白配合作復(fù)合材料。殼多糖 Chitosan由甲殼素脫乙?；频玫囊环N天然聚陽離子多糖?？扇苡谒峄蛩嵝匀芤海瑹o毒、無抗原，在體內(nèi)能被溶酶菌等酶解，具有優(yōu)良的生物降解性和成膜性，在體

13、內(nèi)可溶漲成水凝膠。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,海藻酸鹽Alginate多糖類化合物，常用稀堿從褐藻中提取而得。海藻酸鈉可溶于水，不溶于乙醇、乙醚及有機(jī)溶劑，常用量10g/L。不宜熱壓滅菌，30分鐘可促使海藻酸鹽斷鍵；膜過濾除菌其粘度和分子量都不變。白蛋白Albumin 人或動(dòng)物血液中分離提取而得。變性后無抗原性，是一種較理想的微囊化載體材料。,四、微球/囊化材料 Mat

14、erials for encapsulation,,（2）半合成高分子囊材 纖維素衍生物，毒性少、黏度大、成鹽后溶解度增大。羧甲基纖維素鈉CMC-Na屬陰離子型的高分子電解質(zhì)，常與明膠配合作為復(fù)合囊材，一般配成1-5g/LCMC-Na和30g/L明膠，再按2：1混合。醋酸纖維素酞酸酯醋酸纖維素酞酸酯（CAP）在強(qiáng)酸中不溶解，可溶于pH6以上的水溶液?？蓡为?dú)作為囊材，一般用30g/L，也可與明膠合用。,四、微球/囊化材料

15、Materials for encapsulation,,乙基纖維素 Ethyl cellulose 乙基纖維素的化學(xué)穩(wěn)定性高，適用于多種藥物的微囊化，不溶于水、甘油和丙二醇，可溶于乙醇，遇強(qiáng)酸易水解，故對(duì)強(qiáng)酸性藥物不適宜。甲基纖維素Methyl cellulose用于微囊作成球材料的用量為10-30g/L，亦可與明膠、羧甲基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等配合作復(fù)合成球材料。羥丙甲纖維素Hydroxylmethyl ce

16、llulose能溶于冷水成為粘性膠體溶液，長(zhǎng)期貯存穩(wěn)定性高，有表面活性。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,（3）合成高分子囊材聚氨基酸、聚乳酸(PLA)、聚丙烯酸樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸烷酯、乙交酯丙交酯共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(PLA-PEG)、 羧甲基葡聚糖等?？缮锝到夂铣刹牧系玫綇V泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)是無毒、成膜及成球性好、化學(xué)穩(wěn)定性高，可

17、用于注射。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,,加熱固化法交聯(lián)劑固化法液中干燥法照射聚合法 制備過程中往往先用乳化法把藥物分散成W/O或O/W小乳滴，再使乳滴固化形成微球 可將藥物先分散于載體材料中，再制備成微球，也可先制備多孔性空白微球，再加入藥物溶液使藥物包封進(jìn)入空白微球,五、微球的制備 Preparation of microspheres,,1. 加熱固化法系將藥物與25

18、％白蛋白水溶液混合，加到含適量乳化劑的棉子油中，制成W/O型初乳。另取適量油加熱至100-130 ºC，也可根據(jù)藥物性質(zhì)與釋放速度要求不同，加熱至160-180 ºC，在攪拌下將上述初乳加入到熱油中，繼續(xù)攪拌20min，使白蛋白乳滴固化載體，洗去附著的油，干燥后即得。,五、微球的制備 Preparation of microspheres,,2. 交聯(lián)劑固化法將藥物分散于載體材料材料的溶液中，加入交聯(lián)劑固化成凝

19、膠狀，再攪拌分散成微球分散系。例 甲基炔諾酮微球 將藥物分散到冷至0-4ºC血清白蛋白磷酸緩沖液中(pH 7.5)，加入定量的戊二醛進(jìn)行交聯(lián)，以使蛋白凝聚，然后，將此白蛋白溶液分散于攪拌中的有機(jī)溶液中，形成微球，以含有Span-80的石油醚溶液洗滌，真空干燥，即得甲基炔諾酮微球。,五、微球的制備 Preparation of microspheres,,3. 液中干燥法 從乳濁液中除去分散相揮發(fā)性溶劑制備微球的

20、方法稱為液中干燥法。,五、微球的制備 Preparation of microspheres,,例 半乳糖苷酶PLA微球 β-Galactosidase,PLA,,二氯甲烷:醋酸乙酯 (2:1 v/v),半乳糖苷酶溶液(2 mg/ml),,3ml 3% PLA,0.3 ml 半乳糖苷酶,勻漿1min 2000 rpm,得初乳,30 ml聚乙烯醇(PVA,1% w/v),,勻漿1min 2000 rpm,得復(fù)乳,蒸發(fā)，離心，沉

21、淀為微球,,半乳糖苷酶PLA微球的掃描電鏡圖譜,物理化學(xué)法 物理機(jī)械法 化學(xué)法（一）物理化學(xué)法本法微囊化在液相中進(jìn)行，囊心物與囊材在一定條件下形成新相析出，故又稱為相分離凝聚法（phase separation coacervation）。其微囊化步驟大體上可分為4步:囊心物的分散囊材的加入囊材的沉積囊材的固化,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,1．單凝聚法 simpl

22、e coacervation 在高分子囊材（如明膠）溶液中加入凝聚劑以降低高分子材料的溶解度而凝聚成囊的方法。原理將藥物分散在明膠材料溶液中，后加入凝聚劑（強(qiáng)親水性電解質(zhì)硫酸納溶液或乙醇等），由于明膠分子水合膜的水分子與凝聚劑結(jié)合，使明膠的溶解度降低，分子間形成氫鍵，最后從溶液中析出而凝聚形成囊。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,這種凝聚是可逆的，一旦解除促進(jìn)凝聚的條件，如加水稀釋等

23、，可使凝聚囊很快消失。采取措施：加以交聯(lián)固化如加甲醛使之固化。影響成囊的因素： 成囊材料 濃度 凝聚劑的種類 pH值 增塑劑的種類,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,2．復(fù)凝聚法 complex coacervation

24、指使用兩種帶相反電荷的高分子材料作為復(fù)合囊材，在一定條件下交聯(lián)且與囊心物凝聚成囊的方法?？勺鳛閺?fù)合材料的有明膠與阿拉伯膠（或CMC或CAP等多糖）、海藻酸鹽與殼聚糖、海藻酸與白蛋白、白蛋白與阿拉伯膠等。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,復(fù)凝聚法的基本原理以明膠與阿拉伯膠為例，將明膠溶液的pH值自等電點(diǎn)以下使之帶正電（pH4.0-4.5），而阿拉伯膠仍帶負(fù)電，由于電荷互相吸引，交聯(lián)形成

25、正、負(fù)離子的絡(luò)合物，溶解度降低而凝聚成囊。復(fù)凝聚法是經(jīng)典的微囊化方法，它操作簡(jiǎn)便、易于掌握，適合于難溶性藥物的微囊化。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,明膠與阿拉伯膠發(fā)生復(fù)凝聚時(shí)，除pH值為主要條件外，濃度、溫度也是很重要的條件。復(fù)凝聚法與單凝聚法對(duì)固態(tài)或液態(tài)的難溶性藥物均能得到較為滿意的微囊。難溶性藥物可根據(jù)藥物的性質(zhì)適當(dāng)加入潤(rùn)濕劑。此外，還應(yīng)當(dāng)使凝聚相保持一定的流動(dòng)性，如控制溫

26、度或加水稀釋，這是保證囊形良好的必要條件。,,明膠與阿拉伯膠制備的空白微囊共聚焦激光掃描顯微鏡照片A，用FITC(fluorescein isothiocyanate)標(biāo)記明膠和未標(biāo)記的阿拉伯膠合用制備空白微囊 B，用未標(biāo)記明膠和RBITC(rhodamine B isothiocyanate)標(biāo)記的阿拉伯膠制備的空白微囊 （每小格代表1µm）,,,將分別用FITC標(biāo)記明膠與RBITC標(biāo)記的阿拉伯膠合用制備的微囊共聚焦激光

27、掃描顯微鏡照片（每小格代表1µm）。,3．溶劑-非溶劑法溶劑- 非溶劑法（solvent-nonsolvent）是囊材溶液中加入一種對(duì)囊材不溶的溶劑（非溶劑），引起相分離，而將藥物包裹成囊的方法。常用囊材、溶劑與非溶劑：乙基纖維素/四氯化碳/石油醚等。藥物可以是固態(tài)或液態(tài)，但必須對(duì)溶劑和非溶劑均不溶解，也不起反應(yīng)。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,4．改變溫度法本法不加凝

28、聚劑，而通過控制溫度成囊。EC作囊材時(shí)，可先在高溫下溶解，后降溫成囊。使用聚異丁烯（PIB）作穩(wěn)定劑可改善微囊間的粘連。典型的成囊系統(tǒng)：PIB/EC/環(huán)己烷組成三元系統(tǒng)，在80℃溶解成均勻溶液，緩慢冷至45℃，再迅速冷至25℃，EC可凝聚成囊。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,5．液中干燥法從乳狀液中除去分散相揮發(fā)性溶劑以制備成微囊的方法稱為液中干燥法in-liquid drying

29、，也稱為溶劑揮發(fā)法。液中干燥法的干燥工藝包括兩個(gè)基本過程溶劑萃取過程（兩液相之間）和溶劑蒸發(fā)過程。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,（二）物理機(jī)械法1．噴霧干燥法spray drying 又稱為液滴噴霧干燥法 原理將囊心物分散在囊材的溶液中，再將此混合液用噴霧干燥機(jī)干燥，當(dāng)液體以霧狀噴出時(shí)，同時(shí)噴出的惰性熱氣流使液滴收縮成球，進(jìn)而干燥固化。噴霧干燥法的工藝影響因素包括：混合

30、液的黏度、均勻性、藥物與囊材的濃度、噴霧的速率、進(jìn)、出口溫度等。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,2．噴霧凝結(jié)法將囊心物分散在熔融的囊材中，再噴于冷氣流凝聚成囊的方法，稱為噴霧凝結(jié)法 spray congealing 常用的囊材有蠟類、脂肪酸、和脂肪醇等，它們?cè)谑覝叵戮鶠楣腆w，而在較高溫度下能融。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,3．空

31、氣懸浮法 air suspension也稱流化床包衣法fluidized bed coating系利用垂直強(qiáng)氣流使囊心物懸浮在包衣室中，囊材溶液通過噴嘴噴射于囊心物表面，使囊心物懸浮的熱氣流將溶劑揮干，囊心物表面便形成囊材薄膜而得微囊（粒徑較大，35-5000μm） 。常用的囊材：多聚糖，明膠，樹脂，臘，纖維素衍生物及合成聚合物。黏結(jié)時(shí)可加入滑石粉、硬脂酸鎂等潤(rùn)滑劑。,六、微囊的制備 Preparations of microc

32、apsules,,（三）化學(xué)法在溶液中單體或高分子通過聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng)，產(chǎn)生囊膜，制成微囊，這種微囊化的方法稱為化學(xué)法。 特點(diǎn)：不加凝聚劑，先制備成W/O型乳液，再用化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,1．界面縮聚法界面縮聚法（interface polycondensation），是在分散相（水相）與連續(xù)相（有機(jī)相）的界面上發(fā)生單體的縮聚反應(yīng)。界面縮聚法

33、常用水相中含藥物，有機(jī)相含有苯二甲酰氯的環(huán)己烷、氯仿溶液。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,2．輻射交聯(lián)法該法將明膠在乳化狀態(tài)下，經(jīng)Co60射線照射發(fā)生交聯(lián)，再處理制得粉末狀微囊。特點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，不在明膠中引入其它成分。,六、微囊的制備 Preparations of microcapsules,,1．形態(tài)、結(jié)構(gòu)與粒徑理想的微囊應(yīng)為大小均勻的球形，囊與囊之間不粘連，分散性好，便于

34、制成制劑。微囊本身應(yīng)具有一定的可塑性、彈性，通常加入丙二醇、甘油等增塑劑改善可塑性。粒徑：口服粒徑小于200 µm ，在口腔即無異物感。,七、微球與微囊的表征 Characterization,,2．影響微球／囊粒徑的因素囊心物大?。和ǔＲ笪⒛业牧叫∮?0 µm，囊心物粒徑應(yīng)為1-2 µm，要求微囊粒徑小于50 µm，則囊心物的粒徑應(yīng)為6 µm以下。囊材的用量:一般藥物粒

35、子越小，表面積越大，所需囊材越多。制備方法：不同的制備方法影響微囊的粒徑。制備溫度與攪拌速度：不同制備方法，溫度要求各異，速度越高，粒徑越小；無限制的提高速度，又可能使微囊合并，轉(zhuǎn)而使粒徑增大。,七、微球與微囊的表征 Characterization,,3．微球／囊中藥物的釋放機(jī)制擴(kuò)散囊壁的溶解囊壁的消化與降解4．影響微球／囊藥物釋放速度的因素粒徑：粒徑越小，表面劑越大，釋放越快。囊壁的厚度：囊壁越厚，釋放越慢。,七、微

36、球與微囊的表征 Characterization,,囊壁的理化性質(zhì)：常用幾種囊材的釋藥速率順序： 明膠 > 乙基纖維素> 苯乙烯-馬來酐共聚物>聚酰胺藥物的性質(zhì)：溶解度大藥物易釋放。附加劑的影響：為了延緩藥物的釋放，可加入疏水性物質(zhì)如硬脂酸、蜂蠟、十六醇、巴西棕櫚蠟。工藝條件與劑型。pH值與溶出介質(zhì)的影響：在不同pH條件下微囊的釋藥速率不同。,七、微球與微囊的表征 Characterization,,5.