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1 第 40 卷 第2期 南京林业大学学报 自然 科 学 版 Journal of Nanjing Forestry University Natural Sciences Edition 2016 年 3 月 Vol 40 No 2 doi 10 3969 j issn 1000 2006 2016 02 016 Mar 2016 PLGA 基载药复合微球的制备及其释放性能 王 芳 袁 健 刘秀秀 方 兵 杨思倩 高勤卫 南京林业大学化学工程学院 江苏 南京 210037 摘要 以聚乳酸 羟基乙酸 PLGA 为载体材料 牛血清蛋白 BSA 为蛋白模型药物 采用复相乳化溶剂法制备 PLGA 载药微球 探索载药微球制备过程中囊芯比 初乳水油比 分散剂浓度 超声乳化时间对微球粒径大小 载 药率 包封率的影响 结果表明 最优载药微球的制备条件为 囊芯比 1 1 初乳水油比 3 5 分散剂质量分数 0 5 超声乳化时间 2 min 在此条件下 所得 PLGA 微球的粒径为 268 7 nm 载药率 30 88 包封率 46 95 电镜照片表明微球表面连续光滑 粒径分布较均匀 采用静电吸附法用阳离子聚电解质壳聚糖对最佳条件下的 PLGA 载药微球进行表面修饰 扫描电镜表明复合后微球粒径变大 能谱分析表明复合后微球中有 N 元素存在 即复合微球中存在壳聚糖 电荷测试表明微球表面带正电 体外释放实验表明 PLGA CS 复合载药微球的缓释时 间延长 释药初期的突释性明显改善 关键词 聚乳酸 羟基乙酸 PLGA 牛血清蛋白 BSA 壳聚糖 微球 药物释放 中图分类号 TQ463 文献标志码 A 文章编号 1000 2006 2016 02 0095 05 Preparation and drug release properties of PLGA complex microparticles WANG Fang YUAN Jian LIU Xiuxiu FANG Bing YANG Siqian GAO Qinwei College of Chemical Engineering Nanjing Forestry University Nanjing 210037 China Abstract Poly lactic co glycolic acid PLGA microparticles were prepared by an emulsion solvent evaporation tech nique using bovine serum albumin BSA as model drug When the ratio of shell to core was 1 1 ratio of water to oil 3 5 dispersant concentration 0 5 and the ultrasonic emulsification time 2 min PLGA microparticles were 268 7 nm in diameter characterized by the laser light scattering technique and the drug content and drug encapsulation efficiency in this case were 30 88 and 46 95 respectively Scanning electron microscopy SEM and transmission electron mi croscope TEM showed the products were spherical in shape and uniform in dimension When the PLGA microparticles surface was modified with chitosan CS by adsorption technique the microparticle became larger in diameter The presence of N element and the positive zeta potential of modified microparticles revealed the presence of CS on the sur face of the PLGA microparticles In vitro drug release test showed that the burst release of modified microparticles eased and the release time was prolonged compared with unmodified PLGA microparticles Keywords poly lactide co glycolicacid PLGA bovine serum albumin BSA chitosan microparticle drug release 随着医药等行业的迅速发展 越来越多的多肽 及蛋白类药物在诊断 治疗和预防疾病等方面都发 挥着很重要的作用 常用于临床给药的方法是将 药物静脉注射或冻干粉剂口服 但需要频繁给药 这给病人带来很多不便 且药物利用率低 治疗费 用高 1 4 因此 将蛋白类大分子制成药物缓释制 剂 通过载体材料的降解 药物缓慢地释放于相应 部位 不仅能有效防止药物在体内过快地被降解 收稿日期 2015 05 28 又能提高药物的利用率 减少给药次数 5 9 聚乳酸 羟基乙酸 PLGA 是由乳酸与乙醇酸 GA 共聚而成 它兼有两种聚酯材料的优势 是 一种极具应用价值的生物降解高分子材料 而且 PLGA 已经得到美国 FDA 的批准 成功地应用于 临床骨科及缝合线等领域 10 16 笔者以牛血清蛋 白 BSA 为蛋白模型药物 探索 PLGA 载药微球的 制备工艺 针对 PLGA 微球释药初期速度过快的缺 修回日期 2015 10 21 基金项目 国家自然科学 基金项目 31200451 大学生实践创新训练计 划 项 目 2013 江 苏 高 校 优 势 学 科 建 设 工 程 资 助 项 目 PAPD 第一作者 王芳 wangfang njfu edu cn 副教授 博士 引文格式 王芳 袁健 刘秀秀 等 PLGA 基载药复合微球的制备及其释放性能 J 南京林业大学学报 自然科学版 2016 40 2 95 99

2 96 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ) 第 40 卷 点, 进一步利用天然高分子壳聚糖对其表面进行修 饰, 制备 PLGA-CS 复合载药微球, 并对其释药性 能进行探讨 1 材料与方法 1.1 试材 聚乳酸 - 羟基乙酸 (PLGA, 济南代罡生物科技 有限公司 ); 壳聚糖 (CS, 脱乙酰度 ( DD) 90%, 北 京索莱宝生物科技有限公司 ); 牛血清蛋白 ( BSA, 南京生兴生物科技有限公司 ); 聚乙烯醇 ( PVA, 国 药集团化学试剂有限公司 ); 二氯甲烷 ( DCM) 吐 温 -80 磷酸盐缓冲液 ( PBS) 和十二烷基硫酸钠 (SDS) 等均为分析纯 1.2 载 BSA 的 PLGA 微球制备 称取一定质量的 PLGA 溶解于二氯甲烷中, 将 配制好的 BSA 溶液倒入 PLGA 的二氯甲烷溶液 中, 在冰浴条件下超声乳化 2min 形成初乳 ( W / O), 将初乳液倒入含有 PVA 的去离子水中, 再次 超声乳化形成复乳 ( W / O / W) 将复乳液置于 25 水浴条件下, 磁力搅拌 3.0 h 至二氯甲烷完全挥 发, 离心 去离子水洗涤重复 3 次, 冷冻干燥得到 PLGA 载药微球 1.3 载 BSA 的 PLGA-CS 复合载药微球制备 按上述过程将超声乳化完成的初乳 (W / O) 倒 入含有 PVA 及 2 mg / ml 的 CS 溶液中, 再次超声 乳化 2 min 形成复乳 ( W / O / W) 将复乳液置于 25 水浴条件下, 磁力搅拌 3.0 h 至二氯甲烷挥发 完全后, 离心 洗涤, 重复 3 次, 冷冻干燥得到 PLGA-CS 复合微球 1.4 微球粒径及 Zeta 电位的测定 利用 Nano-ZS 马尔文粒度仪对微球的粒径及 Zeta 电位进行测定, 将稀释后的样品置于样品槽 中, 在 25 下重复测 3 次 1.5 微球形貌观察 将冻干的微球置于 JSM F 扫描电镜 (SEM) 及 JEM 透射电镜 ( TEM) 下观察其 形貌 1.6 微球载药率和包封率测定 称取定量制备好的微球置于 5 ml 质量分数为 5% 的 SDS 溶液中, 在 37 下恒温振荡待其全部溶 解, 于 UV-2450 紫外分光光度计测定微球中 BSA 的含量, 并根据公式计算微球的载药率 ρ( DL) 和 包封率 ρ(ee) ρ(dl) = 微球中 BSA 的含量微球的质量 100%; ρ(ee) = 微球中 BSA 的含量所投 BSA 的含量 1.7 微球的红外光谱分析 100% 采用 KBr 压片分别对 PLGA 微球及其与壳聚 糖复合微球在 500 ~ cm -1 进行红外光谱扫描 1.8 微球的药物缓释测定 称取 50 mg 的微球置于透析袋中, 密封后放入 200 ml 装有 ph 7.4 的 PBS 缓冲液中, 置于 37 恒温振荡透析, 每隔一定时间取 4 ml 的透析液, 于 紫外分光光度计测量吸光度, 同时补充等体积相应 的缓冲液, 根据 BSA 标准曲线计算测试样品的累 积释药量, 并绘制释放曲线 2 结果与分析 2.1 囊芯比对微球性能的影响 在水油质量比为 6 10,PVA 质量分数为 1%, 乳化时间 2 min 的条件下, 改变囊芯比 (m(plga) m(bsa)) 制备 PLGA 载药微球, 测试粒径 载药 率 包封率, 结果见表 1 实验结果表明, 随着投药 量的增加, 微球的载药率相应增加, 当囊芯比为 1 1 时, 药物包载量达到饱和, 此时微球的载药率最高 达到 37.82%, 包封率为 26.70%, 粒径达到最小为 nm 这是由于随着囊芯比的增加,PLGA 溶 液的黏度增加, 在搅拌转速相同, 即乳液滴所受剪 切力相同的情况下, 高黏度的乳液不易破碎形成小 乳滴, 从而增大微球的粒径 当囊芯比过小时, 初 乳黏度较小, 在加入外水相之后剪切力过大, 小乳 滴容易团聚或者堆积起来, 粒径分布很宽, 多分散 系数 (I PD ) 值较高 表 1 Table 1 m(plga) m( BSA) 囊芯比对粒径 载药率和包封率的影响 Effects of shell / core ratio on, 水油比对微球性能的影响 固定囊芯比 2 1, 分散剂 PVA 质量分数为 1%, 乳化时间 2 min, 改变初乳中水相和油相的体 积比制备 PLGA 载药微球, 结果如表 2 所示

3 第 2 期王芳, 等 :PLGA 基载药复合微球的制备及其释放性能 97 表 2 Table 2 m( 水 ) m( 油 ) 水油比对粒径 载药率和包封率的影响 Effects of water / oil ratio on, 从表 2 中可以看出, 随着初乳水相用量的增 大, 投药量相应增加, 载药率也得到提高, 当水油比 高于 3 5 时, 继续增大水相体积, 形成的油包水 (W / O) 乳化效果降低, 从而影响微球的载药率 包 封率 ; 而当水油比过小时, 整个体系的黏度相对较 高, 搅拌产生的剪切力较小, 使大乳滴不易破碎形 成粒径较小的液滴, 所以粒径偏大 而当水油比过 高时, 制备复乳时相同搅拌速度产生的剪切效率降 低, 容易形成较大的乳滴 因此, 选择初乳水油比 为 3 5, 此时, 所得产物的载药率及包封率最佳, 分 别为 % 和 %, 同时微球粒径分布较均 匀, 粒径较小 2.3 分散剂浓度对微球性能的影响 当囊芯比 2 1, 水油比为 6 10, 超声乳化时间 2 min 时, 通过改变聚乙烯醇 ( PVA) 分散剂的浓度 来研究其对 PLGA 在药微球各性能的影响, 结果如 表 3 所示 表 3 Table 3 PVA 质量分数 / % content of PVA 分散剂质量分数对粒径 载药率和包封率的影响 Effects of PVA content on, PVA 作为高分子分散稳定剂, 其分散机理为 通过形成吸附膜, 产生空间位阻效应来达到分散目 的, 但当分散剂浓度过低时, 对微球表面形成的吸 附膜也较脆弱, 在搅拌作用下容易导致微球破裂 ; 当分散剂浓度偏高, 导致外水相过于黏稠, 在超声 乳化过程中外水相流动性差, 液滴不易被打碎成小 液滴, 制备的微球尺寸也较大, 同时在微球洗涤过 程中也不易清洗 从表 3 中可以看出, 当 PVA 质 量分数为 0 50% 时, 微球的载药率和包封率达到 最大, 分别为 23.48% 和 35.25%, 且微球的平均粒 径较小 2.4 乳化时间对微球性能的影响 在微球的囊芯比为 2 1, 初乳水油比为 3 5, 分 散剂 (PVA) 质量分数为 0 5% 条件下, 研究超声乳 化时间对 PLGA 载药微球性能的影响, 结果见表 4 从表 4 可以看出, 随着超声乳化时间的延长, 微 球的粒径逐渐减小, 但乳化时间过长, 会造成微球 的破损, 使载药率及包封率下降 综合考虑, 当乳 化时间 2 min 时, 所得产物的粒径较小, 载药率 包 封率较高 表 4 Table 4 乳化时间 / min emulsion time 乳化时间对粒径 载药率和包封率的影响 Effects of ultrasonic emulsion time on particle size, 优化条件下制备的微球形貌观察 通过对 PLGA 微球载药率 包封率 粒径及其 分布的测试, 确定其最优制备条件为 : 囊芯比 1 1, 初乳水油比 3 5, 分散剂 (PVA) 质量分数 0.5%, 超 声乳化时间 2 min 在此条件下, 所得产物的平均 粒径为 nm, 载药率为 %, 包封率为 46 95% 对其形貌进行观测, 结果见图 1 从图 1 可以看出, 优化条件下制备的微球表面连续光滑, 成球性较好, 且粒径均匀 分散性较好 2.6 PLGA-CS 复合载药微球的分析 PLGA-CS 复合载药微球的扫描电镜图及能谱 图见图 2,SEM 图片可以看出经过壳聚糖修饰后, 载药微球的粒径变大, 均匀性变差 这是因为含有 CS 的 PVA 溶液黏度比 PVA 溶液黏度大, 搅拌时 的剪切力相对应也会减小, 使得初乳在挥发二氯甲 烷时, 不能均匀分散, 从而导致固化后的微球粒径 分布不均 从能谱图中 N 元素的存在可以看出复 合微球中有壳聚糖的存在 PLGA-CS 复合载药微 球的平均粒径 ( Z-Ave) 有所增大, 由 nm 增 大到 nm, 表面电位由 mv 变为 mv, 也可定性看出 PLGA 微球表面被带正电的壳

4 98 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ) 第 40 卷 聚糖所包覆, 表明壳聚糖通过静电吸附作用被成功 修饰在 PLGA 载药微球表面 Fig.1 图 1 PLGA 载药微球的形貌观察 Scanning electron micrographs ( SEM) and transmission electron microscope ( TEM) of PLGA microparticles Fig.2 图 2 PLGA-CS 复合载药微球的 SEM 及能谱图 Scanning electron micrographs ( SEM) and energy spectrum of PLGA-CS microparticles 2.7 PLGA 微球及其复合微球的体外释药性能对最佳制备条件下得到的 PLGA 载药微球及其 PLGA-CS 复合载药微球进行体外缓释测试, 结果如图 3 所示 从图 3 中可以看出, 经过壳聚糖修饰后的 PLGA 载药微球在释放初期的 突释 性明显降低, 第 1 小时的释药率由 % 下降到 25 64% 这是因为 PLGA-CS 复合载药微球表面的壳聚糖具有亲水性, 能够有效延缓水与 PLGA 接触导致的微球表面崩解, 从而降低药物释放初期的图 3 PLGA 微球及 PLGA-CS 复合微球的药物释放率 Fig.3 Drug release curve of PLGA and PLGA-CS microparticles in vitro 释放量, 并且由于突释效应的减缓, 使得药物释放时间更长,PLGA 载药微球的释药性能得到改善 3 结论 1) 采用复相乳液溶剂法制备了 PLGA 载药微球, 单因素实验确定其最佳制备工艺条件为 : 囊芯质量比 1 1, 初乳水油质量比 3 5, 分散剂质量分数 0.5%, 超声乳化时间 2 min 所得产物的平均粒径为 nm, 载药率 30.88%, 包封率 46.95% 电镜照片表明, 产物成球性规则, 微球表面连续光滑, 分布较均匀 2) 采用静电吸附法将阳离子聚合物壳聚糖修饰在 PLGA 微球表面, 制备 PLGA-CS 复合载药微球 扫描电镜表明, 产物具有较好的球形结构, 粒径有所增大, 能谱及表面电荷表明, 复合微球表面为壳聚糖 体外释放结果表明复合后 PLGA 载药微球的缓释时间延长, 释放初期的突释性得到明显改善 参考文献 (reference): [ 1 ] 刘红, 马玉樊, 高剑利, 等. 高分子聚合物包裹胰岛素微球的

5 第 2 期王芳, 等 :PLGA 基载药复合微球的制备及其释放性能 99 制备及其体外质量评价 [ J]. 药物分析杂志, 2014, 34( 7): Liu H, Ma Y F, Gao J L, et al. Preparation of polymer coated in sulin microspheres and the in vitro quality evaluation [ J ]. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis, 2014, 34(7): [ 2 ] 陈红丽, 王永学, 郭伟云, 等. 提高 PLGA 微球载蛋白多肽类药物稳定性添加剂的研究进展 [J]. 国际生物医学工程杂志, 2012, 35(3): Chen H L, Wang Y X, Guo W Y, et al. Research progress of ad ditives for improving therapeutic peptides and proteins stability in PLGA microspheres [ J]. International Jorunal of Biomedical En gineering, 2012, 35(3): [ 3 ] 金启星, 成晓岚, 罗宇燕, 等. 工艺因素对复乳法制备的载牛血清白蛋白 PLGA 微球形态与释放行为的影响 [ J]. 广东药学院学报, 2014, 30(5): Jin Q X, Cheng X L, Luo Y Y, et al. Effect of process parameters on morphology and release of protein loaded PLGA mi crospheres made by W / O / W method [ J]. Journal of Guangdong Pharmaceutical University, 2014, 30(5): [ 4 ] 封硕. 生物可降解高分子材料研究综述 [J]. 中山大学研究生学刊 ( 自然科学与医学版 ), 2012, 33(1): Feng S. Research and development of biodegradable polymer ma terials [ J]. Journal of the Graduates Sun YAT - SEN University ( Natural Sciences Medicine),2012, 33(1): [ 5 ] Chen Y C, Hsieh W Y. Effects of surface modification of PLGA- PEG PLGA nanoparticles on loperamide delivery efficiency across the blood brain barrier [ J]. Journal of Biomaterials Applications, 2013, 27(7): [ 6 ] Nafee N, Taetz S, Schneider M, et al. Chitosan coated PLGA nanoparticles for DNA / RNA delivery: effect of the formulation parameters on complexation and transfection of antisense oligonu cleotides[ J]. Nanotechnology, Biology and Medicine, 2007, 3 (3): [ 7 ] 杨帆, 汪朝阳, 潘育方, 等. 聚乳酸 - 乙醇酸的合成及在药物缓释微球中的应用 [ J]. 高分子材料科学与工程, 2005, 21 (3): Yang F, Wang C Y, Pan Y F, et al. Studies on the direct synthe sis of poly ( lactic acid glycolic acid) and its application in drug delivery microspheres [ J]. Polymer Materials Science and Engi neering, 2005, 21(3): [ 8 ] 陆春燕, 龙伟, 温露, 等. 载牛血清白蛋白 PLGA 微球的包封率测定及体外表征 [J]. 海峡药学, 2014,26 (9): Lu C Y, Long W, Wen L, et al. Determination of encapsulation efficiency of PLGA microspheres loaded with bovine serum albumin and their in vitro characterization [ J]. Strait Pharmaceu tical Journal, 2014, 26(9): [ 9 ] Anand P. Design of curcumin loaded PLGA nanoparticles formu lation with enhanced cellular uptake, and increased bioactivity in vitro and superior bioavailability in vivo [ J]. Biochemical Phar macology, 2010, 79(3): [ 10] Wang Y, Li P, Kong L, et al. Chitosan modified PLGA nanopar ticles with versatile surface for improved drug delivery[ J]. Aaps Pharmscitech, 2013, 14(2): [11] 李卫红, 司鹏, 雷文. 药用合成高分子缓 控释材料研究进展 [J]. 高分子通报, 2015(1): Li W H, Si P, Lei W, et al. Development of synthetic polymer materials used as sustained and controlled drug release systems [J]. Polymer Bulletin, 2015(1): [12] Astete C E, Sabliov C M. Synthesis and characterization of PLGA nanoparticles [ J]. Journal of Biomaterials Science Polymer Edi tion, 2006, 17(3): [13] 甘盛龙, 路振平, 杨哲, 等. 壳交联 ph 响应型 PLGA 载药微球的制备与研究 [J]. 高分子学报, 2015(2): Gan S L, Lu Z P, Yang Z, et al. Preparation and characterization of shell cross linked PLGA nanoparticles with ph responsiveness for drug delivery [ J ]. Acta Polymerica Sinica, 2015 ( 2 ): [14 ] Yallapu M M, Gupta B K, Jaggi M, et al. Fabrication of curcumin encapsulated PLGA nanoparticles for improved thera peutic effects in metastatic cancer cells [J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2010, 351(1): [15] 高勤卫, 何刚, 李明子, 等. 氯化亚锡 / 萘二磺酸对 D,L- 乳酸聚合物微结构的影响 [ J]. 南京林业大学学报 ( 自然科学版 ),2009,33( 3): Doi: / j. issn Gao Q W, He G, Li M Z, et al. The effects of SnCl 2 / naphthalene disulphonic acid on the microstructure of polymers prepared from D,L-lactic acid [ J]. Journal of Nanjing Forestry University( Natural Sciences Edition), 2009,33(3): [16] Mirakabad F, Akbarzadeh A, Zarghami N, et al. PLGA based nanoparticles as cancer drug delivery systems [ J]. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention Apjcp, 2014, 15(2): ( 责任编辑李燕文 )

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