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编号:176357
乳化分散法制备聚乳酸微球的研究进展
http://www.100md.com 2002年5月25日 新药网
     赵锋,高永良

    (军事医学科学院毒物药物研究所 北京 100850)

    [摘要] 本文介绍了人工合成高分子材料聚乳酸和乙交酯丙交酯共聚物(PLA/PLGA)。综述了PLA/PLGA微球乳化分散制备技术,包括有机溶剂的选择、难溶药物的制备技术、复乳制备技术以及微球表面PVA含量的测定方法等。常用的挥发性溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮等,水不溶或难溶药物的微球的制备是比较成功的,一般采用O/W型溶剂挥发法,表面活性剂的浓度、溶剂挥发的速度、溶剂的类型以及聚合物材料的相对分子质量对微球的理化性质、包封率和释药特性有影响,复乳制备技术包括W/O/W、W/O/O/O等,主要用于水溶性化合物、蛋白质和肽类微球的制备,结合在微球表面的乳化剂(PVA)对微球降解和释药有一定的影响,粒径对微球PVA含量影响很大。

    [关键词]聚乳酸微球;乳化分散;制备方法;
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    The solvent evaporation preparation of PLA/PLGA microspheres

    ZHAO Feng GAO Yong-liang

    (Institute of Pharmacology and Toxicology,The Academy of Military Medicine Science, Beijing 100850 China)

    [Abstract] This article introduces specialty of poly(lactic acid)(PLA) and poly(lactide-co-glycolide)(PLGA).PLA/PLGA microspheres prepared by solvent evaporation method were reviewed,including the selection of solvent,preparation of water insoluble-drugs preparation of multiple emulsion and quantitative analysis of polyvinyl alcohol on the surface of microspheres.The solvents usually used were dichloromethane,chloroform,acetone et al, it is easy to prepare microspheres loading insoluble drugs and the general method is o/w type solvent evaporation method. The concentration of emulsifier, the speed of solvent evapration, the type of solvent and the relative molecular weight have both effect on the property of microspheres, loading efficiency and property of drug release from the microspheres. Multiple emulsion preparation includes W/O/W,W/O/O/O and so on, it is usually used to prepare the microspheres contain soluble drugs ,protein and peptide.The polyvinyl alcohol on the surface of microspheres have effect on the degradation and drug release of microspheres and the quantitative of polyvinyl alcohol is mainly influenced by the diameter of microspheres.
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    [Keywords] microspheres of PLA/PLGA;solvent evaporation method;preparation

    微型包囊与微型成球技术是近年来应用于药物的新工艺、新技术。成囊与成球的制备过程统称微型包囊术(microencapsulation)。药物微囊化后可达到多种目的,其中有缓释或控释作用。本文就注射微球研究的特点、制备工艺及其相关物质加以综述。

    1.微球和聚乳酸/乙交酯丙交酯共聚物PLA/PLGA材料简介

    微球(microspheres)是一种以适宜高分子材料为载体包裹或吸附药物而制成的球形或类球形的微粒。其中PLA poly(lactic acid)聚乳酸和PLGA poly(lactic-co-glycolic acid)乳酸/羟基乙酸共聚物是近些年来常采用的控释给药系统的载体材料之一,如微球制剂、植入剂等,最早用于牙科和骨科。二者均为人工合成高分子材料,可在体内缓慢降解,最终产物是二氧化碳和水,一般而言,PLGA的降解速度快些,在1个月左右,PLA的降解速度慢些,一般3个月以上。PLA是由d, L, 或d, L乳酸单体链式聚合而成,或由乳酸二聚体开环加成共聚而得,也可由丙交酯开环加成共聚而得。PLGA是乳酸与羟基乙酸以不同比例嵌段共聚而成。相对分子质量是通过链转变试剂(例如,乳酸)的多少来控制的。不同组成比例的聚合物,其内在粘度从0.1~1Pa·s不等。通过分子排阻色谱技术以测定其聚合度和相对分子质量,13C-NMR则可以测定其构成比。PLA和PLGA释药时间长,生物相容性好,为很好的长效载体材料。
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    2.PLA/PLGA微球乳化分散制备技术

    2.1微球制备方法简介 微球制剂制备方法有乳化分散溶剂挥发法、凝聚法、聚合法、喷雾干燥法等,以乳化分散溶剂挥发法最常用。PLA/PLGA作为载体材料制备微球,溶剂挥发法用的十分广泛。影响微球性质的因素主要有:药物的溶解性、有机溶剂的性质、有机溶剂的扩散速度、温度、聚合物的组成、聚合物的粘度和载药量[1,2]。这种方法对一些免疫抑制剂[3]、抗炎药物[4]、抗癌药物、麻醉药、类固醇类药物和避孕药是比较成功的。随着制剂水平的提高,水溶性药物用这种方法也取得了较好的包封效果,例如,蛋白质类药物、肽类和疫苗[5]等。

    2.2溶剂的选择 聚乳酸微球一般采用o/w型制备方法。常用的挥发性溶剂应在水中微溶,溶解度<10%,且正常沸点低于100℃,一般采用二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、氯乙烯、乙酸甲酯和乙醚。最常用的挥发溶剂为CH2Cl2,在水中溶解度约为2%,正常沸点38.5℃。在液中干燥法工艺中,聚合物在界面的迅速沉积对成囊具有重大作用。在CH2Cl2中加入较易溶于水的丙酮、甲醇或二甲亚砜作潜溶剂,增大聚合物在界面的沉积速率,可提高微球的包封率,此外,乙醇也可用作潜溶剂。Bodmeier和McGinity等[6]考察了不同有机溶剂对微球制备的影响。他们分别用二氯甲烷,氯仿、苯、丙酮、二甲基亚砜和乙醇作为有机溶剂制备微球。发现,二氯甲烷制备微球的载药量为23.3%,而氯仿和苯分别为0.4%和0.2%,丙酮、二甲基亚砜和乙醇不能形成微球。作者还考察了混合溶剂对微球载药量的影响,结果表明加入能与水混溶的助溶剂如丙酮和甲醇可以提高载药量,这是由于助溶剂能够加速PLA的沉淀。
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    2.3水不溶或水难溶药物微球的制备及相关性质 O/W型溶剂挥发法制备水不溶或难溶药物的微球是比较成功的,如氯丙嗪,氢化泼尼松[7]和氢化可的松[8]。表面活性剂的浓度、溶剂挥发的速度、溶剂的类型以及聚合物材料的相对分子质量对微球的理化性质、包封率和释药特性的影响有报道[9~11],作者作出结论,HPMC浓度的增大,搅拌速度的增加,分散能量的增大均使得有机相在水相中的分散程度增大。固定水相体积、转速和聚合物的相对分子质量,随着有机相体积的增加,制得微球的平均粒径逐步减少,原因是因为有机相体积的增加,减小了内相的粘度,从而导致粒径变小。

    有人评估了溶剂挥发法制备微球的3个制备参数对消炎痛微球的影响[12]。这3个参数分别是水相中PVA的浓度,搅拌速度和有机相、水相体积比。作者发现当PVA浓度为0.5%时,搅拌速度对包封率的影响很大,载药量从17.5%到95%变化。

    有机溶剂从微球中去除的速度影响微球的物理化学性质。Izumikawa等[13]发现用溶剂挥发法制备黄体酮PLA微球时,减压溶剂挥发法(RSE)和常压溶剂挥发法(ASE)制备的微球其药物释放和理化性质有明显不同。RSE法制备的微球其产率和包封率比用ASE制备的微球要好。RSE法由于溶剂挥去速度很快,从而聚合物材料不能形成结晶。聚合物的结晶态对药物的释放影响很大。ASE法制备的微球其突释效应明显,且释放速度比RSE法制备的微球快。此外,实验结果还表明,随着载药量的增加,所有微球的药物释放均加快。
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    有人考察了不同相对分子质量PLA材料制备的苯巴比妥微球的释药动力学[14],实验采用了3种不同相对分子质量的PLA材料和4种载药量。结果表明,药物释放开始是突释期,随后是迟滞期。迟滞时间的长短受PLA相对分子质量的影响,PLA相对分子质量增大,则迟滞时间延长。实验表明,苯巴比妥从微球中的释放主要是扩散限速,但也有溶胀和溶解作用。

    2.4水溶性化合物、蛋白质和肽类微球的制备及相关性质

    2.4.1O/O乳化法 Sturesson等[15]采用o/o技术制备噻吗心安马来酸盐PLGA微球。乙腈作为溶解药物和载体材料的溶剂,芝麻油作为分散相,Span 80作为乳化剂。这种方法制备出来的微球其释放呈三相。最初是突释阶段,主要是表面的药物释放出来。接着是慢速释放阶段,这是由于微球的降解以及药物由微球扩散释放出来。最后是第2次突释,这是由于药物的溶解增加以及微球的降解。随着微球PLGA浓度的增加,突释减小。类似的研究结果亦有报道[16,17]。
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    有人研究O/O法制备的载有氨基乙酸及其聚肽的PLA微球。内相是药物和PLA的丙酮溶液,外相为矿物油。分散相加入预冷至5℃的外相中,系统升温至35℃以加速溶剂的挥发,然后将乳液倒入大量的正己烷中继续搅拌1h,收集硬化的微球。随着PLA浓度的增加,微球粒径增大,包封率也从15.7%提高到73.8%,提高乳化剂浓度,微球粒径变小,包封率变化不大。乳化时间为1min时,包封率较乳化时间15 min的好。分析微球的释放曲线,发现其为骨架控制扩散,药物通过微球的曲折通道和微孔扩散释放。

    2.4.2复乳制备技术

    2.4.2.1W/O/W复乳 Herrmann和Bodmeier[18]以PDLLA、PLGA,PLLA为材料,制备醋酸生长激素抑制素微球,增加初乳液中内水相的体积导致包封率降低,以乙酸乙酯代替二氯甲烷也降低包封率,微球表面微孔增多。除用极低相对分子质量的聚合物以外,包封率与不受材料类型和相对分子质量的影响。制备条件对微球形态的影响很大。初乳(W/O)的稳定性是成功制备复乳微球的前提,Schugens等[19]用2种不同相对分子质量的半结晶态PLLA制备W/O/W型复乳微球来考察初乳的稳定性对微球形态的影响。当PLLA相对分子质量显著加大时,要求对其溶液进行稀释以防止其粘度过高,这导致初乳液稳定性降低从而微球表面微孔增多,并且发现半晶体PLA不适合作复乳型微球的制备。结晶态PLA排除PLA骨架中的内水相液滴,从而影响初乳的稳定性,影响微球包封率和形态。
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    Herrmann等 [20]用W/O/W复乳技术制备PLAG醋酸生长激素抑制素微球,考察由内水相或外水相中加入缓冲盐以后对微球性质的影响,内水相中加入缓冲盐以后导致微球多孔,相反外水相中加入缓冲液则制得厚而均一的微球。微球的体外释放可分为两个阶段:突释期和缓慢释放期。微孔多的微球包封率低。内水相中加入缓冲盐导致水通过渗透区差以外水相流入内水相,这样制备的微球包封率低,表面多孔,突释效应明显。

    Schugens等[21]研究了牛血清白蛋白PLA和PLGA微球制备中初乳液中表面活性剂对微球性质和体外释放的影响。包裹牛血清白蛋白的初乳液由高压乳匀或超声乳化方法制备。初乳液倾入5℃1%PVA溶液中,8000r·min-1,1min制备W/O/W乳液,然后将W/O/W乳液250 r·min-1室温搅拌2h挥发有机溶剂。高速搅拌乳化制备的微球与超声乳化方法制备的微球相比包封率低突释大。超声乳化法以HLB为6的表面活性剂制备的微球突释55%的牛血清白蛋白,而且HLB为7的表面活性剂制备的微球突释作用小,释放时间长。微球开始释放出一定数量的药物后达到一个平台期,作者认为是由于牛血清白蛋白与聚合物骨架产生了相互作用。有人考察了内水相的体积比对于W/O/W微球性质的影响[22]。体积比从0~22.7%共制备了5批牛血清白蛋白微球,对其形态和体外释放进行了考察,体积比为5.6%时,所得微球中空球壁致密,无微孔。当体积比为22.7%时,所得微球表面多孔。
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    2.4.2.2 W/O/O/O型复乳 Iwata和McGinity使用了W/O/O/O技术制备微球[23],乙腈作为聚合物的溶剂,轻矿物油作为外相。水溶性模型药的理论包封率为80%-100%。W/O/O/O复乳微球可看作储库型药物转运系统。运用这种技术可将初乳的W/O乳液包入微球中。初乳液中的油可以隔开蛋白药物与聚合物有机相,从而防止蛋白类药物受有机溶剂和载体材料影响而产生变性。另一方面,也可阻断化合物或蛋白对聚合物降解的影响。

    O′Donnell等人以复乳电势分散技术制备PLGA复乳微球[24],水溶性药物溶于水相,在大豆油中乳化形成稳定乳液初乳液分散进入PLGA乙腈溶液形成W/O/O型乳液,W/O/O乳液用电势分散技术分散进入轻矿物油中制成W/O/O/O型微球,这样制备的微球粒径分布很窄。粒径的控制可以通过调节电导灌流管的直径和改变电压来实现。粒径分析表明,微球微径分布窄,80%的微球粒径分布在20~40µm,而用常规搅拌方法制备的微球粒径从50µm~500µm不等。模型药氯曲米通马来酸盐的包封率为88.9%,而常规搅拌方法包封率为74.3%。
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    3.微球表面PVA含量的测定

    PLGA微球表面特性是微球作为药物转运系统的重要影响因素。微球血管给药后,其被吞噬的作用与其表面性质有显著关系[25,26]。微球肌内注射后的免疫诱导,受微球的表面性质影响[27~29]。溶剂挥发法是制备微球最常用的方法,但相应的乳剂稳定剂会有一定数量结合在微球表面[30~32]而微球表面的PVA层能阻止水解酶进入微球内部、从而降低微球降解速度,减缓药物释放[30,33]。

    Seung chan Lee等[34]测定了微球表面PVA的含量。他们用O/W法制备了PLGA微球,PVA作为乳化剂。PVA含量测定方法为:先以2mol·L-1 NaOH降解微球24h,以2 mol·L-1 HCl中和后,截留相对分子质量3500透析袋透析以除PLGA降解产物,所得溶液真空冻干,复溶解后凝胶色谱测定含量。PLGA经上述方法处理,凝胶色谱(GPC)不出峰,这说明经上述方法处理后PLGA全部降解为小相对分子质量物质并被透析除去。
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    研究表明粒径对微球PVA含量影响很大,粒径减少,单位重量微球的PVA含量增大,单位重量微球PVA含量与微球比表面积呈很好的相关性。增加微球的比表面积从而增加PVA含量,部分原因可能是由于表面PVA密度增大的原故。为考察不同制备浓度PVA对表面PVA密度的影响,作者考察了PVA浓度分别为0.1%, 1%, 5%, 10%时的微球表面PVA密度,发现每一个浓度,PVA含量和表面PVA密度呈相同模式。0.1%和1%时微球粒径均大于1µm,表面PVA密度分别为0.8mg·m-2和2mg·m-2。10%PVA时,微球的粒径小于1µm,表面PVA密度增大,保持在1.8mg·m-2 。所有的PVA浓度,只要微球粒径相似,则其表面PVA密度也非常相近。这表明,连续相中PVA的浓度并不影响PLGA微球的表面PVA密度。

    本文就PLA/PLGA微球的乳化分散溶剂挥发制备方法及相关性质以及微球表面PVA含量测定进行了综述,随着微球制剂的日趋成熟和商品上市,其效益是可观的,相信随着微球制剂制备技术的不断完善和发展,将会有更多使用方便、高效的微球制剂应用于临床,造福于人类。
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    [作者简介] 赵锋(1972-)男,硕士研究生。主要从事缓控释微球的制剂学研究。联系电话:(010)62612593

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