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编号:10257547
载药脂质体的稳定性
http://www.100md.com 《海峡药学》 2000年第1期
     作者:蒋智清 杨锋 林友文 赵剑曦

    单位:蒋智清(福建医科大学化学教研室 350004);杨锋(福建医科大学化学教研室 350004);林友文(福建医科大学化学教研室 350004);赵剑曦(福州大学化学系 350002)

    关键词:

    海峡药学000102 脂质体(Liposome)是磷脂依靠疏水缔合作用在水中自发形成的一种分子有序组合体,为多层囊泡结构,每层均为类脂双分子膜,层间和脂质体内核为水相,双分子膜间为油相,膜厚度约为4 nm。根据其结构所包含的双分子膜层数,分为单室脂质体和多室脂质体(MLV,粒径1 μm~5 μm)。粒径小于200 nm的单室脂质体称为小单室脂质体(SUV),粒径在200 nm~1000 nm的称为大单室脂质体(LUV)。

    脂质体应用十分广泛,可用于模拟膜研究、在体内外将基因或其它物质向细胞内传递,还可用于临床检验和诊断、纳米粒子的制备、催化反应的控制等。70年代脂质体开始被用于药物释放系统(DDS),它对所载药物有广泛的适应性,水溶性药物被包于水相中,油溶性药物溶于双分子膜内,两亲性药物插入双分子膜。1988年,第一个脂质体药物在美国进入临床试验,至今已有多种药物(如阿霉素脂质体Doxil)在几十个国家上市。
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    脂质体之所以引起人们的极大兴趣,因为其粒子大小处于纳米级的介观范围,有许多独特的物理、化学性质,而且它是由磷脂在水中自发形成,制备工艺简单,在人体内具有无毒、无免疫原性、可降解、缓释等特点,所载药物广泛,并减少所需药量,增强其体内稳定性和药理作用,降低毒副作用,使药物具有被动靶向性特征,还可制成免疫脂质体实现主动靶向性。然而由卵磷脂(PC)和胆固醇(Chol)等组成的传统脂质体是热力学不稳定体系,在体内外的弱稳定性限制了它的使用,极大影响其作为药物载体的应用[1]。脂质体进入体内后迅速被单核吞噬细胞系统(MPS)清除,其半衰期很短,而且只有小于300 nm的脂质体粒子才能穿过窦状型毛细血管离开循环系统到相关组织(肝、脾、骨髓和实质性肿瘤等);脂质体在储存期间,磷脂易氧化水解,双分子膜易相变,小粒径脂质体易相互聚集融合,包裹其中的药物因而发生渗漏。

    显然,研制稳定的脂质体是走向实用的前提,有重要的现实意义和应用价值。脂质体的稳定性包括化学、物理和生物学稳定性,且它们密切相关,综合表现在脂质体载药的体内外稳定性中。
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    1 脂质体稳定性及其影响因素

    1.1 脂质体的化学稳定性 构成脂质体的主要成分磷脂其疏水链中含不饱和脂肪酸,易氧化水解成过氧化物、丙二醛、脂肪酸和溶血卵磷脂等,金属离子、辐射、高温、碱性、酶的存在等均加速此过程,结果使磷脂疏水链断裂,双分子膜流动性下降,脂质体稳定性降低,药物渗漏加剧,且可能产生毒性。所以载药脂质体常用饱和磷脂制备,并加入抗氧化剂(如维生素E)抑制其自动氧化。维生素E的羟基和磷脂分子中的脂肪酸酯羰基形成氢键,限制磷脂双分子膜的流动性,并与类脂过氧化自由基反应,猝灭单一态的氧分子,胆固醇与维生素E有协同抗氧化作用[2]。为确保脂质体的稳定,储存时应尽可能处在低温无氧避光条件下。

    1.2 脂质体的物理稳定性

    1.2.1 热力学不稳定性 脂质体属胶体分散系,磷脂膜为对称双分子膜,分子间为弱相互作用(疏水相互作用、范德华力、氢键等),因而它具有热力学不稳定性,主要表现如下:脂质体膜是动态膜,磷脂分子间不断互换位置:其膜内外物质可自由跨膜交换,且交换是随机的,无选择性;脂质体粒子可自发聚集、沉淀。脂质体的热力学不稳定性可通过改变膜的结构、增加膜的刚性等方法加以改善,但至今还无法制备具有热力学稳定性的脂质体。
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    1.2.2 脂质体的组成、粒径及所载药物对其稳定性的影响 脂质体稳定性与其组成直接相关。不同磷脂形成的脂质体稳定性明显不同。如鞘磷脂(SM)在极性头基附近有酰胺键,在双分子膜中形成氢键带,提高膜的刚性,其脂质体比卵磷脂脂质体稳定。而且由单一组分磷脂形成的脂质体极不稳定,所以脂质体常由多种磷脂(脂肪酸链长度须大于17个碳原子)混合制备,并加入胆固醇。胆固醇本身无法形成双分子膜,但它的加入可大大增强膜稳定性,其比例至少要30%,达50%时稳定性最好[3]

    粒径对脂质体稳定性影响较大。大于300 nm的脂质体难以离开循环系统,而小于100 nm很快被淋巴系统清除。小单室脂质体(20 nm~50 nm)增加体内靶部位的聚集并延长半衰期[4],但多室脂质体药物渗漏较困难。所以脂质体制备中常控制粒径在80 nm~200 nm范围,以100 nm左右最佳。

    脂质体稳定性与所载药物性质密切相关。既非水溶性又不与双分子膜相互作用的药物很难包裹到脂质体中;油溶性或与双分子膜相互作用的药物溶于膜内,很少再溶到周围水相;水溶性药物被包于内核水相中,经常在脂质体水相和油相间重新分配,从而引起药物渗漏。邓英杰等提出以辛醇/水的分配系数为指标,只有该值对数logPoct<-0.3的水溶性药物和log Poct>4.5的油溶性药物才能形成稳定的载药脂质体[5]。侯新朴等对低包封率的水溶性药物(如甲硝唑)进行疏水衍生化,其疏水链将药物分子插入脂质体膜,包封率和稳定性都提高十多倍[6]。吴道澄等用脂质体包裹固态核心阿霉素聚氰基丙烯酸正丁酯毫微粒(Nanoparticle),其稳定性明显高于阿霉素脂质体[7]。1.2.3 脂质体膜相变和相分离对其稳定性的影响 脂质体膜通常为双层凝胶相,磷脂分子间排列紧密,碳氢链高度有序,膜流动性小,但常因温度、pH值和含水量等因素的变化发生相变和相分离。当发生凝胶相→液晶相(Lβ→Lα)相变,膜分子间隔加大,流动性和通透性显著增加;当发生凝胶相→六角相(Lβ→H或H)相分离,膜上形成孔洞或发生膜融合,所载药物迅速渗漏。
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    温度升高引起磷脂发生Lβ→Lα相变,该温度称为相变温度(Tm)。单一组分磷脂组成的脂质体其Tm一致,而由多种不同Tm的磷脂混合形成脂质体,稳定性较大。胆固醇对磷脂相变有双向调节作用,因而可增强脂质体的稳定性。在Tm以上,它抑制磷脂分子中脂肪酰基链的旋转异构化,使其排列趋密,降低膜的流动性;在Tm以下,它诱发脂肪酰基链产生歪扭构象,使其排列趋松。这种影响随着胆固醇浓度增大而增大,当其比例达50%,膜相变消失,脂质体最稳定。人们还利用这种脂质体热致相变时稳定性迅速降低的性质,研制出热敏脂质体,增强药物的靶向性[8,9]

    pH值变化引起脂质体发生Lβ→H或H相分离,人们依此设计pH敏感脂质体。它在细胞内吞形成核内体(pH=5.3~6.3)时释放药物,避免最终到达溶酶体而被降解失去药效[10],而且可以实现抗癌药物向肿瘤组织(pH≈6.5)的靶向传递。pH敏感脂质体由含pH敏感基团的脂质构成,如二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)/棕榈酰高半胱氨酸(PHC)脂质体。中性时脂肪酸羧基离子提供有效静电排斥,酸性导致脂肪酸羧基离子结合质子形成六角相,脂质体聚集、融合并释放所载药物[11]
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    为保证长期稳定性,脂质体常以干燥形式储存。在脱水过程,脂质体将发生Lα→Lβ相变;再水化过程将发生Lβ→Lα相变;且不同磷脂并不同时发生相变,因此一些磷脂处于Lβ而另一些处于Lα,导致侧向相分离。细胞保护剂如海藻糖可提供有效的保护。在脱水时海藻糖与磷脂极性头基形成氢键,减小脂肪酰基间的范德华力,降低Tm使膜不发生相变,并抑制侧向相分离,同时它代替结合水,维持脂质体双分子膜结构;再水化过程它改变双分子膜周围的水结构,使MLV的Tm升高,LUV的Tm降低,使脂质体所载药物不致渗漏[12]

    1.3 脂质体的生物学稳定性 1.3.1 血液中的稳定性 脂质体在血液中的稳定性是发挥药物载体作用的关键。血液中有多种破坏因素:高密度脂蛋白(HDL)是破坏脂质体的主要成分,apo A-1蛋白质易从HDL上脱落并与脂质体磷脂结合,且HDL和脂质体易发生apo A-1蛋白质与磷脂的互换,脂质体膜形成孔洞[13];同时脂质体在血液中激活补体系统,最终形成攻膜复合体(MAC),脂质体膜出现亲水性通道,引起药物渗漏和水、电解质的大量进入,最终渗透裂解脂质体;血清白蛋白与脂质体磷脂结合形成复合物,降低其稳定性;血液中的磷脂酶可水解磷脂,该反应强弱由磷脂结构决定。1.3.2 MPS吞噬作用 脂质体进入循环系统后,各种调理素如抗体、补体等与脂质体结合,促进MPS对其快速清除。肝细胞膜受体对直接暴露于表面的磷脂负电基进行识别,因而脂质体首先被肝枯否细胞吞噬[14]。这些因素综合使传统脂质体的半衰期仅十几分钟。改变脂质体的组成、粒径、形态和表面电荷将减少MPS的摄取。还可预先注射空白脂质体使MPS摄取呈饱和状态,然后再给药物脂质体以增加非MPS摄取,延长药物半衰期,但该法可能引起MPS的毒性反应。
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    2 脂质体的稳定化策略

    2.1 模拟生物膜 生物膜有高度稳定性,它虽与脂质体有同样的脂质基体,但相比而言两者有重大区别:生物膜两侧磷脂分布不对称,这种非对称双层膜,其自发曲率C0→0,是热力学稳定体系;且生物膜结构十分复杂,包括锚蛋白、聚合物骨架在内的细胞骨架,贯穿类脂双层,在膜内侧相互联结形成膜支持物,双层膜形成网络整体;而膜外侧被以富含碳水化合物的细胞糖萼,将双分子膜包裹其中,在外部造成了极端稳定化。模拟生物膜稳定脂质体可从以下几个方向作研究[15]:①制备非对称双层膜脂质体,该方法目前还未见报道;②聚合物修饰脂质体表面 ,如PEGs脂质体;③双分子膜内侧或外侧发生聚合反应;④类脂分子间发生缩合聚合,如聚合膜脂质体;⑤疏水性锚基团的插入。

    2.2 制备方法改进 冷冻干燥法是目前制备长期储存脂质体的最佳方法,但在冷冻过程形成的冰晶使脂质体聚集融合,而且在冷冻和解冻过程,膜内外冰晶形成速度不同引起渗透压差,造成脂质体裂解。所以在冷冻干燥法中,应加入冷冻保护剂(CPA)如甘油、海藻糖以减少破坏[16]。Payle提出的前体脂质体法是将载药脂质体的各成分制成脱水形式,成为有良好流动性能的颗粒产品,使用时加入水中自发分散成等渗多室脂质体悬混液[3]。全东琴等用冷冻干燥法制备空白前体脂质体,使用时将药物溶液分散其中,形成载药脂质体。该法解决了药物脂质体制备和储存中的物理稳定性和渗漏问题,并避免不稳定药物的失活、分解[17]
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    3 新型稳定脂质体

    3.1 长循环脂质体 长循环脂质体有两类:含神经节苷脂(GM1)的仿红细胞脂质体和聚乙二醇衍生物修饰的PEGs脂质体。GM1增强膜刚性,降低血液成分破坏,减少MPS的摄取,脂质体在血液中的滞留量与被MPS摄取量的比值高于传统脂质体几十倍[18],但GM1难以大量获得,具有一定的免疫毒性。1990年Blume等研制出PEGs脂质体,该脂质体表面含聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺衍生物(PEG-DSPE)。PEG-DSPE是两亲线型聚合物,它们在脂质体表面交错覆盖成致密的构象云,形成较厚的立体位阻层,阻碍了MPS的作用(因此又称为立体稳定脂质体)。而且PEG-DSPE有很长的极性基团,增强脂质体的溶剂化作用,有效阻止其表面的调理作用,降低MPS对脂质体的亲和力[19]。正是PEGs脂质体使Doxil○ R上市成为可能。
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    3.2 聚合膜脂质体 通过共价键将构成脂质体的脂质分子或将双分子膜与表面活性剂分子连接起来,即形成聚合膜脂质体,这类脂质体膜刚性强,为脂质体所载药物提供稳定的环境,可防止脂质体相互聚集融合、药物渗漏和体内多种因素的破坏,延长半衰期。目前多用含丁二炔基团的卵磷脂先分散形成脂质体,再加入偶氮异丁腈,紫外线照射使100%双键聚合形成聚合膜脂质体。由于偶氮异丁腈无法穿过双分子膜,所以聚合反应只选择性的发生在脂质体的外表面。Okada用Triton X-100模拟胆盐评价聚合膜脂质体的稳定性,结果表明它具有很高的渗透稳定性[20]

    3.3 多相脂质体和立体稳定脂质体 顾学裘等在制备脂质体时添加非离子表面活性剂多糖类得到多相脂质体,Kronberg在甘油-1,2-双肉豆蔻酰基-3-磷脂酰基胆碱卵磷脂/双肉豆蔻酰钠磷酸盐/胆固醇脂质体中加入非离子表面活性剂吐温-80(4%)、Bucke在磷脂中掺入PEG4000制得立体稳定脂质体。非离子表面活性剂使脂质体混悬液中存在胶团和乳剂,其疏水端插入双分子膜,亲水端使脂质体高度亲水,防止了脂质体间相互聚集融合和沉淀。它还改变脂质体磷脂分子的排列和运动方式,导致膜纵向有序性(磷脂分子碳氢链间的紧密堆积情况)增大,流动性降低,稳定性升高,这种影响随其浓度增大而增大[21]。而且在血液中这类脂质体表面被高度亲水的白蛋白覆盖,保护它不被MPS吞噬[22]
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    3.4 非离子表面活性剂囊泡 非离子表面活性剂可单独或与其它脂质混合形成非离子表面活性剂囊泡(Azmin用“niosome”表示它,以与磷脂脂质体Liposome区别)。niosome在体内外均非常稳定,不易受强电解质、酸、碱等影响,其行为和所受影响与Liposome基本相同。由于非离子表面活性剂在体内无毒,具有生物相容性和可降解性,不解离,不发生氧化水解,且可据用途设计其结构,易大量生产,是代替磷脂的首选材料。可用于制备niosome的非离子表面活性剂有单(双)烷基聚丙三醇醚类、脱水山梨醇脂肪酸酯类、聚氧乙烯脱水山梨醇脂肪酸酯类、聚氧乙烯脂肪醇醚类、胆甾烯三氧乙烯醚等。目前国内很少见niosome载药方面的研究报道。

    综上所述,脂质体及其稳定性研究涉及到多种因素、多个领域,需在多学科协作的基础上进行。脂质体制剂技术尚未完全成熟,但其稳定性已得到很大改善,储存期从数小时延长到数年,体内半衰期从数分钟延长到数十小时。今后载药脂质体的研究重点应放在靶向性问题上,以期获得重大突破,但同时应看到,即便象PEGs脂质体也有其不可克服的热力学不稳定性,所以还应加强研制具有非对称双层膜的热力学稳定性脂质体及其制备技术,如分层组装技术,加强niosome的稳定性及其载药研究,从另外角度研制新型可用的稳定脂质体,并注意脂质体体内稳定性与药物靶向、控释等问题的关系。相信随着研究的深入拓展,脂质体在药剂学、免疫调节、遗传工程、临床检验、化学反应控制等诸多领域的应用必将引起人们的更大兴趣和关注。
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