纳米混悬剂粒径稳定性及其控制策略

2452010Vol.31No.42010年第31卷第4期245综述评论·综述·据统计，约40%经高通量筛选获得的药物难溶于水，这些难溶性药物的开发需要新的制剂技术配套，以提高药物的口服生物利用度或实现其静脉注射制剂的开发[1]。目前难溶性药物的制剂制备方法很多，如环糊精包合物及以混合溶剂法制备乳剂[2-3]等，但这些技术的缺点是药物必须具备特定的物理化学性质，如环糊精包合物需要药物分子大小合适，乳剂制备则要求药物能够较好地溶解于特定的油相等。近年纳米混悬剂技术应运而生，其是粒径在1μm以下的纯药物粒子分散在液体介质中形成的，不含其他载体材料[4]。将难溶性药物制成纳米混悬剂可有效地克服药物生物利用度低的问题，提高药纳米混悬剂粒径稳定性及其控制策略陈莉1，汤忞2，陆伟根1*(1.上海医药工业研究院药物制剂国家工程研究中心，上海200437；2.上海外国语大学附属外国语学校，上海200083)摘要：纳米混悬剂具有高溶出速率、高饱和溶解度和黏膜吸附性等特点，可有效提高难溶性药物的生物利用度。本文主要综述纳米混悬剂制备方法及其粒径控制策略，分析难溶性药物制剂开发技术。关键词：纳米混悬剂；粒径控制；制备方法；难溶性药物中图分类号：R944.1+6文献标志码：A文章编号：1672-9188(2010)04-0245-05收稿日期：2009-12-08；修回日期：2010-03-10作者简介：陈莉，硕士研究生，主要从事纳米给药系统研究。通讯作者：陆伟根，研究员，博士生导师，主要从事新型给药系统和中药新制剂研究。基金项目：上海市科委重点课题(0852nm04700)StabilityandcontrollingstrategiesinparticlesizeofnanosuspensionCHENLi1,TANGMin2,LUWei-gen1(1.NationalPharmaceuticalEngineeringResearchCenter,ShanghaiInstituteofPharmaceuticalIndustry,Shanghai200437;2.ShanghaiForeignLanguageSchoolAffiliatedtoSISU,Shanghai200083,China)Abstract:Nanosuspensionisofhighdissolutionvelocity,highsaturatedsolubilityandwellmucousmembraneabsorbability.Thisformulationcanenhancethebioavailabilityofpoorlysolubledrug.Thisreviewdescribesthepreparationmethodsofnanosuspensionanditsparticlesizecontrol.Keywords:nanosuspension;particlesizecontrol;preparationmethod;poorlysolubledrug物的有效性、安全性和稳定性，目前已广泛应用于各种给药途径(口服、静注、肺部、经皮和眼部给药等)制剂的制备[5-9]；对药物纳米结晶进行表面修饰还可以选择性靶向某些特定部位，如脑或骨髓等组织[10]。但纳米混悬剂昀大的问题是物理稳定性较差，其在储存中经常会产生晶体长大和粒子聚集的现象[11-12]。本文主要阐述纳米混悬剂粒径稳定性及其控制策略。1纳米混悬液不稳定的原因1.1粒径分布不均匀与大粒子相比，小粒子比表面积大，具有较高的表面能，因此该系统为尽量降低其表面能而使小粒子表面的分子脱离小粒子，通过溶液扩散吸附到大粒子表面。昀终，小粒子逐渐变小而大粒子逐渐长大，即奥斯特瓦尔德熟化现象(其对于0.5μm以下的粒子尤其明显)。奥斯特瓦尔德熟化的速度主要由分子扩散和表面作用决定。纳米混悬粒子由于陈莉，等.纳米混悬剂粒径稳定性及其控制策略.2462010Vol.31No.4世界临床药物WORLDCLINICALDRUGSVol.31NO.4246综述评论其粒径分布不均匀，因此奥斯特瓦尔德熟化现象尤其明显[12]。1.2纳米粒子易聚集纳米混悬剂属热动力学不稳定体系，粒子有聚集的趋势，以昀小化其表面自由能。由于纳米粒子的比表面积比微米级粒子大，因此粒子相互接触碰撞的机会增加，同时粒子间存在较强的相互吸引力，分子间作用力强，粒子很容易发生不可逆聚集以降低其表面能[13-14]。2粒径控制方法2.1选择合适的稳定剂为了克服纳米粒子间的相互吸引力及减少粒子相互之间碰撞机会，需要在粒子间增加排斥力，通常使用适量的稳定剂来达到抑制纳米粒子的成长速率。良好的纳米分散体系的稳定剂需要具备以下特征：在制剂制备过程中能有效吸附到药物混悬粒子的疏水性表面；能够提供给粒子足够的空间位阻或静电排斥力，以防止粒子聚集。一般来说，稳定剂对药物分散体系的稳定性主要有以下3种机制：立体稳定、静电稳定和静电立体稳定[15]。2.1.1立体稳定立体稳定主要是通过稳定剂吸附到药物纳米粒子表面来实现的，当粒子相互接触时，聚合物空间位阻层产生的渗透压迫使粒子分离。有效的立体稳定剂主要是一些非离子表面活性剂和高分子聚合物。Choi等[16]考察了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对不同药物纳米混悬液制备的影响，当药物和PVP具有相近表面自由能时，形成的纳米混悬剂较稳定。Lee等[17]以赖氨酸为疏水片段及苯丙氨酸、亮氨酸、丙氨酸等亲水片段合成了一些氨基酸共聚物，并比较了这些共聚物对萘普生纳米混悬剂稳定性的影响。结果表明，共聚物的疏水性是决定共聚物稳定作用的主要因素，而不是共聚物的分子量和分子链结构，这可能是因为疏水性片段更容易吸附到疏水性药物表面。vanEerdenbrugh等[18]考察了13种稳定剂浓度对药物纳米混悬剂的稳定性影响。结果表明，高浓度稳定剂有助于制备稳定的纳米混悬剂。半合成高聚物如羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠等稳定能力较差，可能是因为制备过程中的黏度限制；高浓度线性合成高分子PVPK30、PVPK90显示较好的稳定作用；而合成共聚物泊洛沙姆(Poloxamer)188和KollicoatIR稳定作用更强；低分子量PVP与Poloxamer/HPC稳定作用一致；表面活性剂吐温(Tween)80和琥珀酸盐(TPGS)稳定作用昀好，是应用较广泛的纳米混悬剂稳定剂。TPGS的理化性质如分子量、熔点和水中溶解度等都不能解释其极强的稳定作用，而其疏水性可以很好地解释纳米粒的聚集趋势，并可利用其获得较为稳定的纳米混悬剂。2.1.2静电稳定静电稳定主要是通过将带电荷的分子如离子型表面活性剂或带电荷的聚合物吸附到粒子表面实现的。十二烷基硫酸钠是常用的离子型表面活性剂。Zeta电位绝对值超过30mv被认为是静电稳定的纳米混悬液。Heather等考察了多种离子盐对纳米混悬剂Zeta电位的影响，结果表明，氯化物具有静电过滤效应，即氯化物减小了双电层厚度，从而降低了粒子-聚合物表面的电荷。与羧酸盐相比，磺酸盐、硫酸盐与非离子表面活性剂合用，能够提供更多的表面电荷，从而能够保证足够的粒子静电稳定性。对于溶解度＞10μmol/L或logP＜3.5的阳离子，由于其不能有效吸附到聚合物-粒子表面，因此不能给予纳米粒子表面足够的电荷[19]。2.1.3静电立体稳定尽管立体稳定足够稳定粒子并阻止不可逆的粒子聚集，粒子间强大的吸引力仍会使粒子间聚集形成松散的絮凝状物质。为了阻止絮凝状态的发生，立体稳定和静电稳定联合作用能够提供足够大的粒子间排斥力，阻止粒子聚集。2.1.4稳定剂的用量2472010Vol.31No.42010年第31卷第4期247综述评论合适的稳定剂能够有效地保持纳米粒子的稳定性，然而其用量并不是越多越好。在分散体系中使用太多的表面活性剂会加快奥斯特瓦尔德熟化过程，这可能是由于过多稳定剂的粒子存在为药物粒子相互接触碰撞提供了“桥梁”作用，从而加快了粒子的聚集。一般来说，制剂中合适的药物:稳定剂质量比一般在20:1～2:1。聚合物PVP用量对药物粒子结晶过程影响的研究，如Lindfors等[20]报道的研究结果表明，当PVP含量达到0.01%时能够有效降低药物结晶速率，而且不改变药物多晶型的生成，从而获得粒径较小且分布均匀的纳米粒子；而当PVP含量在0.001%时，药物结晶性状明显发生变化。研究结果表明，PVP并不影响晶体的成核速率，其主要是通过吸附到在溶液中形成的晶体表面减慢晶体成长速率，从而获得粒径分布均匀的纳米粒子，较少的PVP不能有效地吸附到晶体表面抑制晶体成长。2.2控制合适的粒径分布纳米混悬液在保存一段时间后经常会出现晶体成长和粒子聚集，在温度比较高时这种现象尤其明显。粒子的聚集和晶体成长取决于纳米粒分散体系的初始粒径。与平均粒径在150～350nm的纳米混悬液相比，含有小于100nm的粒子和大于400nm的粒子混合物具有更快的晶体成长速率和粒子聚集速率，这可能是由于小于150nm粒子比表面积比较大，比大于400nm的大粒子具有更高的溶解度，当其溶解后重结晶形成大晶体和粒子聚集。较宽的药物粒径分布是发生奥斯特瓦尔德熟化的昀重要原因，导致晶体快速成长和粒子聚集，因此控制合适的粒径分布是很有必要的。通常用多分散系数PI来衡量纳米粒子粒径分布，PI值一般在0～0.5之间，其值越低说明纳米制剂越稳定。除选择合适的表面活性剂外，工艺条件的控制也必不可少。比如在均质法中，通过增加均质压力和循环次数通常能获得粒径分布更均匀的纳米粒子[20]。2.3固化为进一步提高纳米混悬液的物理稳定性，可通过冷冻干燥、喷雾干燥将其转化成药物粉末或进一步加工成固体制剂如片剂、胶囊等。在这些后续操作中，必须对纳米粒的快速溶出速率进行评价，即这些固体剂型在水中是否具有良好的润湿性和崩解特性。因此，在干燥之前需向混悬液中加入某些基质，如水溶性糖类以保持较高溶出速率。如AZ68化合物的纳米混悬剂，在冷冻前加入甘露醇有效地防止粒子聚集[21]。Dolenc等[22]的研究表明，塞来昔布纳米混悬粒子或用微晶纤维素压制的片剂与其微米级粒子相比溶出速率都大大提高。此外，冷冻速度和溶液浓度对于产品的稳定性也有影响[23]，高冷冻速度和低溶液浓度有利于减少粒子聚集。deWaard等[24]提出新颖纳米结晶凝聚法，该法通过控制适当的冷冻干燥条件如冷冻速率、药物溶液的水/有机溶剂比例等，有效地控制粒子聚集，从而能够获得具有较小粒径的纳米晶体，加快药物溶出速率。3制备方法对粒径的影响制备药物纳米粒通常有两种途径：分散途径(将药物大结晶粒子的粒径减小至纳米级药物结晶)和凝聚途径(将溶解的药物分子沉淀为纳米粒子)。药物纳米结晶的制备方法主要包括沉淀法、介质研磨法和高压均质法等[25-26]。3.1沉淀法3.1.1水沉淀法1980年沉淀法首次用于纳米颗粒制备。将难溶性药物溶解到一种溶剂中，在搅拌条件下将药物溶液加入到不能溶解药物但是能与溶剂相混溶的非溶剂中，在这个过程中药液产生高过饱和度从而快速成核和沉淀形成药物颗粒。其优点是生产方便，可以一步完成。然而这种制备方法有以下缺陷：形成的药物纳米晶体多数处于无定型状态，容易聚集生长成微晶，必须用适当方法稳定纳米结晶,如与高压均质法联合使用，控制合适的结晶条件；这种方法要求药物至少在一种溶剂中可溶，对于那些既难陈莉，等.纳米混悬剂粒径稳定性及其控制策略.2482010Vol.31No.4世界临床药物WORLDCLINICALDRUGSVol.31NO.4248综述评论溶于水又难溶于有机溶剂中的药物来说不适用；该法的另一问题是有机溶剂残留[27]。3.1.2超临界流体快速膨胀法(RESS)超临界流体兼有气体、液体的双重特性，即密度与液体相近，黏度与气体接近，具有良好的流动及传递性能。该法制备纳米颗粒利用了超临界流体对难溶性药物的高溶解性,当超临界流体状态迅速膨胀到低压、低温的气体状态时,溶质的溶解度急剧下降，致使其迅速成核