824 PRGRESS I PHARMACEUTICAL SCIECES 2014,38 (11):824-828 抗生素缓控释给药系统 载药微球的研究与开发 郑珩 顾觉奋 * 中国药科大学生命科学与技术学院 江苏 南京 210009 [ 摘要 ] 利用具良好生物相容性和生物可降解性的聚合物制得的微球作为一种新型药物载体, 具有良好的缓控释作用 并具有一定的靶向性, 可用于口服和注射 在药学领域和临床上有着广阔的应用前景 综述近年来各种抗生素缓控释微球制剂的研究与开发 [ 关键词 ] 抗生素 微球 缓控释给药系统 [ 中图分类号 ] R944.9; R978.1 [ 文献标志码 ] A [ 文章编号 ] 1001-5094 2014 11-0824-05 Drug-loaded Microspheres as Sustained/ Controlled-Release Drug Delivery System for Antibiotics:Research and Development ZHEG Heng, GU Juefen ( School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, anjing 210009, China) [Abstract] As a new type of drug carrier, the microspheres prepared using the polymers with good biocompatiblility and biodegradablity possess the desired sustained/controlled-release and some targeting properties, being suitable for oral and injection administration; therefore they have a broad application prospect in the pharmaceutical filed and in a clinical practice. The research and development of sustained/controlled-release microsphere formulations for various antibiotics in recent years have been reviewed. [Key words] antibiotics; microsphere; sustained/controlled-release drug delivery system 自 20 世纪 70 年代开始 国外就开始了抗生素缓控 微球给药系统是近年发展起来的一种新型缓控释给 释制剂的相关研究 目的在于减慢药物的释放速率 药体系 它既能保护药物免遭破坏 又与某些细胞组织 提高抗生素有效性 安全性以及使用顺应性 理想的 有特殊的亲和性 并能被器官组织的网状内皮系统所吞 药物缓控释系统应具备下列特征 惰性 生物相容性好 噬或被细胞融合 可集聚于靶区 通过逐步扩散或被 具一定的机械强度 不会给患者带来任何不适 能获 溶酶体中的酶降解而释出药物 早期的微球制剂属于 得高载药量 不发生意外释放 使用方便 体内易清除 被动靶向制剂 为了使微球给药系统具有主动靶向性 易于加工和保存等 人们尝试将磁性微粒包入微球 制得磁性微球 通过 抗生素可分为时间依赖型和浓度依赖型两大类 时 外加磁场在体外定位 从而使微球获得主动靶向能力 间依赖型抗生素的杀菌作用取决于血药浓度高于最低 这种磁性微球注入体内后 在足够强的外磁场作用下 抑菌浓度 (MIC) 所能持续的时间 主要包括青霉素类 可逐渐聚集于病变部位 缓慢释放药物 从而使制剂 头孢菌素类 万古霉素等 其制成缓控释制剂后 能延 达到高效 缓释 低毒 靶向的目的 该微球制剂的 长其体内浓度大于 MIC 的时间及与致病菌的接触时间 突出优点在于 ①其中药物可缓慢释放 ②在外磁场下 增强杀菌作用 提高患者顺应性 浓度依赖型抗生素的 微球能大量聚集在局部 ③微球在正常组织中的浓度显 杀菌作用具有浓度依赖性 其体内血药浓度峰值越高 著减少 ④微球粒径小 呈纳米或亚微米级 可自由通 对致病菌的杀伤力越强 杀伤速度也越快 而其开发 过毛细血管网 ⑤其中药物能在细胞或亚细胞水平发挥 成缓控释制剂后 能使血药浓度保持在较高水平且更 药理作用 目前 已有报道称 使用纳米级 Fe34 制得 加平稳 可降低不良反应发生率 的磁性化疗药物微球制剂在肿瘤治疗中取得了很好疗 接受日期 2014-10-07 * 通讯作者 顾觉奋 教授 研究方向 微生物制药 Tel 025-86200377 E-mail yqyan1@126.com Prog Pharm Sci ov. 2014 Vol. 38 o. 11 效 [1] 此外 在微球上连接单克隆抗体 使其与靶细胞 的结合具有特异性 也能赋予微球制剂主动靶向能力 [2] 常用于制备微球的材料包括 : 天然高分子材料, 如 明胶 白蛋白 淀粉和海藻酸盐等 合成高分子材料 2014 年 11 月 第 38 卷 第 11 期
郑珩, 等 : 抗生素缓控释给药系统 载药微球的研究与开发 825 主要有聚酯类 [ 如聚乳酸 ( PLA) 聚羟基乙酸 (PGA) 或两者的共聚物 ( 聚乳酸 - 羟基乙醇酸,PLGA) 以及聚己内酯 (PCL)] 聚羧酸酐类 聚磷腈类等 其中, PLGA 是生物可降解的聚合物, 已获美国 FDA 批准用作药物载体, 且由于具良好的生物相容性和生物可降解性, 其近年来成为小分子药物 蛋白质或多肽类化合物的缓控释制剂材料的研究热点 这里以 PCL 微球为例, 简明介绍制备载药微球制剂的一般流程 : 以多西环素为模型药物, 生物可降解的 PCL 为载体, 采用 W//W 复乳溶剂蒸发法, 将药物分散在有机溶液中乳化, 再用含 4% acl 的 2% 聚乙烯醇 (PVA) 溶液进一步乳化成乳状液, 超声波处理 2 min, 直到纳米液滴呈乳剂, 然后于室温置磁性搅拌器中搅拌过夜, 蒸发有机溶剂, 随后于 4 以 40 000 r min -1 超速离心, 除去过剩的 PVA, 最终获得载药纳米悬浮液,-80 冻干即得载药纳米粒 ( 见图 1) [3] 图 1 W//W 复乳溶剂蒸发法制备的载药 PCL 微球 Figure 1 Drug-loaded PCL nanoparticles prepared by the W//W double emulsion solvent evaporation method 近年来, 研究较多的抗生素缓释微球制剂所涉及的抗生素主要有多西环素 万古霉素 平阳霉素 庆大霉素 阿霉素 克拉霉素 利福平等 1 多西环素微球制剂多西环素是广谱四环素类抗生素, 能抑制大多数 G+ 菌和 G- 菌 原生动物和各种厌氧菌 此外, 它还能抑制基质金属蛋白酶, 该酶在细胞的增殖 迁移 分化和凋亡中以及血管再生 宿主防御等方面起着关键作用 多西环素也因其广谱抗菌 在骨质中的高效扩散以及对胶原酶和骨再吸收的抑制作用而广泛用于牙周炎的治疗, 但其长期口服会引起副作用, 如消化失调 牙齿变色等, 而改变其给药系统, 如制成缓控释剂型, 则可避免或降低这些副作用 对一些载体材料如可生物降解的 PLGA 和羟磷灰石 (HAP) 的研究发现, 骨骼和牙釉质中主要无机成分之一的 HAP 有很好的生物相容性, 但 HAP 微球对所载水溶性药物的缓释和瞬时破裂释放作用不甚理想 面对这一难题, 利用生物可降解的聚合物封装载药的 HAP 微球, 引起了人们的关注, 已有报道将 PLGA 封装的 HAP 微球用于注射型递药系统 HAP 分子中具有磷酸根和氢氧根环绕钙离子的结构, 而多西环素恰好有和钙离子稳定结合的供电子基团, 所以 HAP 是极好的多西环素的传输载体 [4] 生物可降解聚合物特别是 PLGA 制备的载药微球有较好的缓控释作用, 但其给药后第 1 d 往往会出现突释现象 Wang 等 [5] 研究使用聚酯类包封载有多西环素的 HAP 微球 (HAP-MSs), 以达到使其可注射并具长效缓控释作用的目的 其间, 采用水包油包固体的乳化溶剂蒸发技术制得载药 HAP-MSs, 并用 PLGA 包封 体外释放实验发现,PLGA 包封的 HAP-MSs 作为药物载体, 无明显突释现象, 且其释药速率能通过调节其中 PLGA 内在黏度 LA/GA 比率和 PLGA/HAP-MSs 比率来调整 : 低 PLGA/HAP-MSs 比值可使微球中多西环素释放加快, 当 PLGA/HAP-MSs 比值为 8 和 0.25 时, 所得微球 7 d 累积释放百分率分别是 23% 和 76%; 所用 PLGA 的亲水性越好 (GA/LA 比值大 ) 分子质量越小, 也会使微球中多西环素释放更快 此外, 与未包封的 HAP-MSs 相比, 载有多西环素的 PLGA 包封微球经皮下注射给予小鼠后, 血药浓度相对较低且更稳定, 药物缓释时间 更长 Qi 等 [6] 也报道了四环素类抗生素 (TCH) 的各 种纳米纤维给药系统, 发现其中 PLGA 包封的 TCH 制剂不仅有最好的缓控释作用, 而且抗菌活性最佳 2 万古霉素微球制剂万古霉素是目前临床上用于治疗耐甲氧西林金葡菌 (MRSA) 所致严重感染性疾病的首选药物, 但其普通剂型的给药剂量大, 且不能有效地长期控制感染, 还会带来一些副作用 ( 如耳毒性和肾毒性 ), 给治疗带来困扰 鉴于 PLGA 是一种最常用缓控释载体材料, 有很 好的生物可降解性和生物相容性,Wang 等 [7] 采用多种 乳化方法制备负载盐酸万古霉素 (VA) 的缓释 PLGA 微球 (VA-PLGA MSs) 注射剂, 该微球的平均直径为 2014 年 11 月第 38 卷第 11 期 Prog Pharm Sci ov. 2014 Vol. 38 o. 11
826 郑珩, 等 : 抗生素缓控释给药系统 载药微球的研究与开发 61.57~67.45 μm, 平均包封率为 60.20%~75.27 % ( 见图 2) 体外释放试验显示,VA-PLGA MSs 释放时间超过 30 d 兔体内试验显示, 与万古霉素传统静脉注射剂相比,VA-PLGA MSs 椎间盘间注射用于治疗 MRSA 引起的椎间盘炎时, 对 MRSA 的抑制作用更强, 疗效更好, 可减少给药剂量 ( 所用剂量仅为静脉注射剂的 1/120), 且注射引起的炎症反应也较轻 图 2 VA-PLGA MSs 的立体扫描电镜照片 Figure 2 Stereoscan photograph of VA-PLGA MSs 周岳等 [8] 应用 W//W 复乳 - 固化法制备了载有盐 酸万古霉素的 PLGA 微球 (VA-PLGA MSs), 其载药量为 (4.40±0.2635) %, 包封率为 (48.51±14.8273)% 光镜和电镜观察显示,VA-PLGA MSs 的成球形态良好, 表面光滑 无凹凸现象 未见有孔隙 体外释放试验发现,VA-PLGA MSs 能很好地限制突释发生,7 d 累积释放率达到 43.36%, 有相对较长的释放周期 体外抑菌实验显示,VA-PLGA MSs 的抑菌效果明显, 符合局部抗感染用药的要求 王文等 [9] 以壳聚糖作为万古霉素的载体, 用乳化交 联法制备了万古霉素磁性微球, 其外观呈规则球形, 平均粒径为 298 nm, 平均载药量为 32.36%, 平均包封率为 80.9% 大鼠骨感染模型实验显示, 在外部磁场介导下, 该万古霉素磁性微球给模型大鼠经尾静脉注射后可聚集在病灶区, 抑制骨感染, 且其中万古霉素的实际使用剂量仅为其普通静注制剂的 1/3, 但这两种制剂的治疗效果无显著差异 3 平阳霉素微球制剂平阳霉素是一种抗肿瘤抗生素, 系从我国浙江平阳县土壤中分离得到的一种抗生素, 其成分与博莱霉素 相近 博莱霉素是含有 13 种组分的复合物, 其中主要为 A2 和 B2, 而平阳霉素则仅是单一 A5 组分制品 平阳霉素用于治疗血管瘤和部分脉管畸形, 疗效很好, 但用药剂量过大, 会对正常组织造成损害, 导致肺纤维化等毒副作用 而将平阳霉素包裹到可降解生物材料中, 制备成缓释微球, 再利用局部给药等方式, 则可实现药物在病灶局部的持久释放, 这样既维持了病灶局部 [10] 的高血药浓度, 又避免了药物的全身毒性 如 Han 等采用复乳溶剂蒸发法将平阳霉素包裹在 PLGA 中, 制得长效平阳霉素微球 体外释放实验表明, 该载药微球可持续释药达 28 d 以上 在动物实验中, 该载药微球给狗肌肉注射后的药动学分析表明, 在 24 d 内此微球可稳定释药 ; 小鼠急性毒性试验表明, 该制剂没有严重的毒性反应 ; 对皮下接种肝癌 H 22 的荷瘤小鼠进行的体内药效试验表明, 该制剂具有抗肿瘤作用 袁慧燕 [11] 等还利用反相悬浮聚合法制备了离子交换聚乙烯醇丙烯酸微球 (PVA-AA-Ms), 并将平阳霉素装载于其中, 所得载药微球的平均直径为 500 μm, 且有良好的载药量 (30 g L -1 ) 和包封率 (99.4%) 此外, 平阳霉素微球制剂还被用于血管瘤的栓塞治疗, 即利用平阳霉素微球的致动脉血管栓塞特性, 阻断对瘤体周边动脉的血液供应, 使之 饿死, 导致 [12] 瘤体减小 萎缩乃至消失 如 Wang 等制备了用于栓塞治疗的平阳霉素 - 牛血清白蛋白微球 (PYM-BSA- MSs), 该微球具有良好的包封率 (87.6%) 和载药率 (20.2%) 体外实验表明,PYM-BSA-MSs 可有效抑制 ECV-304 细胞的增殖并诱导其凋亡 兔耳中动脉栓塞实验显示,PYM-BSA-MSs 能显著延长平阳霉素在兔耳中动脉中的释放和平均滞留时间, 且具有与平阳霉素普通注射液相同的生物利用度 ; 该微球给药 21 d 后的 HE 染色结果表明, 兔耳中动脉内膜增厚且血管内皮细胞增生, 可见该微球具有良好的栓塞效果 4 庆大霉素微球制剂 [13] 谭红香等采用复乳溶剂挥发法制备了硫酸庆大霉素 /PLGA 微球, 其表面为球形并呈多孔状, 粒径为 20 ~ 80 μm, 包封率为 60% 以上 体外实验表明, 该载药微球具有显著的缓释作用,16 ~ 20 d 内释放完全, [14] 而 90 d 时微球降解 50% 左右 Imbuluzqueta 等将庆大霉素 - 双 (2 - 乙基己基 ) 磺基琥珀酸钠盐 (AT) 包封于 PLGA 中制成纳米微球, 在马耳他布鲁氏菌 Prog Pharm Sci ov. 2014 Vol. 38 o. 11 2014 年 11 月第 38 卷第 11 期
827 郑珩, 等 抗生素缓控释给药系统 载药微球的研究与开发 Brucella melitensis 感染小鼠模型中进行的药动学和 霉素 - 乙基纤维素微球 其中膜孔径为 2.8~5.4 μm 药效学试验显示 该纳米微球可高效靶向肝脏和脾脏 乙基纤维素浓度为 5% 6% 及投药量为 1 2 时制得 并在这两个脏器内持续释药 维持抗生素有效浓度达 4 d 的微球其载药量 包封率及收率均最高 且在考察该 以上 且 4 次给药即可有效治疗脾脏感染 而对照组连 载药微球的缓控释性能时发现 膜乳化法制得的该载 续使用 14 次游离庆大霉素却仍未能控制感染 药微球其缓控释效果明显优于溶剂挥发法所制备的同 Balmayora 等 [15] 报道用还原烷基化交联法制备了 类载药微球 且膜孔径为 5.4 μm 时制备的载药微球的 庆大霉素 / 淀粉偶联壳聚糖微球 电镜观察显示 该 缓控释性能优于膜孔径为 2.8 μm 时制备的载药微球 载药微球粒径为 80 150 μm 粒度分布均匀 见图 Valarezo 等 [18] 报道了以共沉降法将阿莫西林 3a 成球形态良好 见图 3b 且放大 3 000 倍时 AMX 插入双层金属氢氧化物 LDH 纳米粒 再 微球呈稍有粗糙的多孔表面 见图 3c d 载药行为 应用电纺丝技术成功地将其包埋进不同浓度的 PCL 中 -1 检测表明 随载药浓度从 50 增加到 150 g L 该微 制得 PCL-LDH/AMX 微球 见图 4a 其释放曲线见 球包封率从 67 % 减少到 55% 而载药量从 4 % 增加到 图 4b 27% 体外释放试验显示 该微球缓控释时间可持续达 LDH-AMX release/% 30 d 以上 PCL 浓度 3% PCL 浓度 5% PCL 浓度 7% t/h (a) (b) 图 4 PCL-LDH/AMX 微球的形成 (a) 及其在含不同 PCL 包 埋浓度时的释放曲线 (b) Figure 4 Formation of PCL-LDH/AMX microspheres(a) and release curves of the microspheres containing different concentrations of PCL as the encapsulant(b) 由图 5 可见 插入 LDH 纳米粒的 AMX 经电纺丝 (a) 粒度分布 ; (b) 形态特征 ; (c) (d) 表面特征 ( 3 000) 图 3 庆大霉素 / 淀粉偶联壳聚糖微球球面明亮度偏振图像 Figure 3 Polarized LM image of gentamicin/starchchitosan microspheres 球 且其释放曲线呈现缓释行为 缓释效果优于单纯 AMX Doan 等 [19] 利用预混料膜均质化和溶剂蒸发法制备 窄粒径分布的 PLGA 微球 用作利福平 RIF 载体 由此获得的载药 PLGA 微球在体外释放实验中于 12 h 5 其他抗生素微球制剂 刘杰等 [16] 以 PLGA 为包封材料 采用复乳蒸发法 制备了载有阿霉素的纳米粒 ADM-PLGA-P 其形 态外观呈球形 平均粒径为 237±12.7 nm 载药量 和包封率分别为 6.42% 和 53.82% 体外释放实验显示 ADM-PLGA-P 可缓慢释放 5 d 累积释放量达 85% 表明 通过复乳蒸发法制备的 ADM-PLGA-P 性质 稳定 具有药物缓释性 而这种纳米粒有望成为一种 新型化疗药物载体 李琼等 [17] 应用膜乳化法结合液中干燥法制备克拉 2014 年 11 月 技 术 被 成 功 地 包 埋 进 PCL 形 成 PCL-LDH/AMX 微 第 38 卷 第 11 期 到 4 d 内累积释放了 80% 的 RIF 而且 用复乳法和孔 径为 19.9 μm 的 SPG 膜 一种多孔玻璃膜 制得的此 RIF-PLGA 微球具有更适宜的空气动力学特性 这为可 用于肺中传递药物的吸入型缓释微球气雾剂提供了一 种快速高效的制备方法 6 结语 目前 缓控释制剂正凭借其独特的优势在医药领域 蓬勃发展 随着药物制剂关键技术和新剂型研究的不 Prog Pharm Sci ov. 2014 Vol. 38 o. 11
828 郑珩, 等 : 抗生素缓控释给药系统 载药微球的研究与开发 断进步, 缓控释制剂的研究已不仅仅局限于对药物释放速度的控制, 而是逐渐形成定位 定时 定速释放等针对性更强的研究领域 [20] 抗生素缓控释制剂尤其是抗生素缓控释微球制剂的研究与开发也正在如火如荼地展开, 可以相信, 随着对释药机制研究的不断深入以及 新型无毒 具有生物相容性和可生物降解载体材料的不断开发, 抗生素缓控释微球制剂在药学领域和临床上的应用前景将更为广阔, 这对于推动医药科研和制药工业的发展将具有越来越重要的意义 [ 参考文献 ] [1] [2] 刘军, 黄春艳, 贺全国. 磁性铁氧化物纳米粒子在药剂学上的应用 [J]. 化学通报, 2014, 77(1): 19-29. 李云春, 蔡美英, 王仲琼, 等. 单抗 F(ab )_2 H 段导向抗肝癌阿霉素免 [11] [12] 袁惠燕, 张苑, 范田园. 离子交换型栓塞微球及其载平阳霉素的制备与性质研究 [J]. 北京大学学报 : 医学版, 2009, 41(2): 217-220. Wang C, Liu J, Pan W, et al. Pingyangmycin loaded bovine serum [3] 疫毫微球的制备及其体外杀伤癌细胞作用 [J]. 华西医科大学学报, 2002, 33(1): 8-11. Misra R, Sahoo S K. Antibacterial activity of doxycycline-loaded nanoparticles[j]. Methods Enzymol, 2012, 509: 61-85. [13] albumin microspheres for chemoembolization therapy in vitro and vivo studies[j]. Int J Pharm, 2008, 351(1/2): 219-226. 谭红香, 叶建东, 柯渔. 以 PHBV-PLGA 为载体的硫酸庆大霉素缓释微球 [J]. 功能高分子学报, 2009, 22(1): 12-16. [4] Wang S, Wang X Y, Xu H, et al. Towards sustained delivery of small [14] Imbuluzqueta E, Gamazo C, Lana H, et al. Hydrophobic gentamicin- molecular drugs using hydroxyapatite microspheres as the vehicle[j]. loaded nanoparticles are effective against Brucella melitensis infection Adv Powder Technol, 2010, 21(3): 268-272. in mice[j]. Antimicrob Agents Chemother, 2013, 57(7): 3326-3333. [5] Wang X Y, Xua H, Zhao Y Q, et al. Poly (lactide-co-glycolide) [15] Balmayora E R, Barana E T, Azevedo H S, et al. Injectable encapsulated hydroxyapatite microspheres for sustained release of biodegradable starch/chitosan delivery system for the sustained release doxycycline[j]. Mater Sci Eng B, 2012, 177(4): 367-372. of gentamicin to treat bone infections[j]. Carbohydr Polym, 2012, 87(1): [6] Qi R L, Guo R, Zheng F Y, et al. Controlled release & antibacterial 32-39. activity of antibiotic-loadedelectrospun halloy-site/poly(lactic-co- [16] 刘杰, 徐伟华, 金成, 等. 载阿霉素 PLGA 纳米微球的制备及性质研 glycolic acid) compositenanofibers[j]. Coll Surf B Biointerf, 2013, 究 [J]. 现代生物医学进展, 2010(24): 4661-4663. 110(1): 148-155. [17] 李琼, 樊兆敏, 陈超, 等. 粒径单分散克拉霉素缓释微球的制备研究 [7] Wang F, i B, Zhu Z, et al. Intra-discal vancomycin-loaded PLGA [J]. 分子科学学报, 2011, 27(3): 175-177. microsphere injection for MRSA discitis: an experimental study[j]. Arch [18] Valarezo E, Tammaro L, González S, et al. Fabrication and sustained rthop Trauma Surg, 2011, 131(1): 111-119. release properties of poly(ε-caprolactone) electrospun fibers loaded with [8] 周岳, 荆浩, 南宠, 等. 载万古霉素聚乳酸羟基乙酸微球的研制及体 layered double hydroxide nanoparticles intercalated with amoxicillin[j]. 外释放研究 [J]. 宁夏医学杂志, 2013, 35(5): 385-387. Appl Clay Sci, 2013, 72(2): 104-109. [9] 王文, 蔡锦方, 曹学成. 外部磁场介导下万古霉素磁性微球靶向治疗 [19] Doan T V P, Couet W, livier J C. Formulation and in vitro 大鼠骨感染 [J]. 中国组织工程研究与临床康复, 2010, 14(38):7108- characterization of inhalable rifampicin-loaded PLGA microspheres for 7111. sustained lung delivery[j]. Int J Pharm, 2011, 414(1/2): 112-117. [10] Han B, Wang H T, Liu H Y, et al. Preparation of pingyangmycin PLGA [20] 顾觉奋. 国内外微生物药物生产状况及市场分析 [M]. 北京 : 化学工 microspheres and related in vitro/in vivo studies[j]. Int J Pharm, 2010, 业出版社, 2011 年. 398(1/2): 130-136. Prog Pharm Sci ov. 2014 Vol. 38 o. 11 2014 年 11 月第 38 卷第 11 期