第六章_纳米药物与制剂

第六章纳米药物与制剂第一节新型制剂技术与药物纳米化纳米技术(Nanotechnology)从本质上讲就是人类按照自己的意愿直接操纵原子、分子使其按一定的方式排布从而制造具有特定功能的新物质的技术，被国际上公认是21世纪最具有前途的科研领域，与信息技术和生物技术并列为未来经济的三大支柱。纳米技术在医药领域的应用，包括临床诊断用的纳米材料、纳米药物载体、保健品及日用化学纳米材料，不仅推动了疾病诊断和治疗的进一步发展，并且诞生了一门新兴的交叉学科－纳米医学。纳米药物实际上是纳米复合材料，或称纳米组装体系，是按照人类意志组装合成的纳米结构系统。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管和囊为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。现代药学研究就是希望利用高科技手段，使药物具有更多优点，如好的稳定性、对胃肠刺激性小、毒副作用小、药物利用度高、可靶向给药、有缓释作用等，而纳米药物恰恰具有这些优点。因此，将纳米技术用于药物的研究开发将是现代药学发展的重要方向。美国FDA于2000年初已批准阿霉素纳米脂质体制剂进入市场，国内也有1-2种类似的制剂获得了临床批准文号。药物纳米化的主要优势在于：减小粒径、控制粒径分布等可提高药物的溶解性，使药物易于吸收；可生物降解；靶向输运；可控释放；根据具体用药的情况而具有如易于透皮吸收、易于穿过血脑屏障等优点。一般地，当颗粒小于某一尺度时，较小颗粒的溶解度大于较大颗粒的溶解度，因此，控制药物颗粒大小就可以控制颗粒的溶解速率。许多非水溶性的药物常做成颗粒状可控释放的口服药粒，其颗粒大小是控制药物药理功效的关键，由于活性成分的水溶性有限，口服后在胃肠中的有限停留时间内，当颗粒较大时，其活性成分的溶解和被人体吸收量很有限，不少部分或大部分活性成分通过人体代谢而排出，没有得到有效利用，一方面药物功效不能充分发挥而延误治疗，另一方面造成了浪费。纳粒具有最大的溶解度，控制纳粒的大小及粒度分布可以达到控制药物释放速率提高功效和药物有效利用率，如具有生物活性的各种肽类药物，如治疗Paget和血钙过多病的降（血）钙素、防止（手术）接枝排斥提高免疫性的CyclosporinA、治疗胰岛素依赖性糖尿病的胰岛素等。研究表明颗粒纳米化后，其生物活性和吸收率均有显著提高，纳粒药物或纳囊将是这类口服药物今后发展的方向。另一方面，非水溶性的药物也可做成稳定的水悬浊液进行身体皮下注射，随血液循环，其效果更好，但对颗粒的粒径要求极高，要求颗粒微小，不能滞塞或阻塞血液循环系统，颗粒纳米化后就可保证满足该要求。此外，另一大类药物是气溶胶喷雾类药剂，如治疗哮喘病的药物，其颗粒大小是决定功效的关键因素，目前颗粒只达到微米级水平。如据统计，1995年，14.6百万美国人患有哮喘病，英国有300多万人患有哮喘病，新西兰25％的人口患有哮喘病，单在治疗哮喘病的药物开支上，美国每年花费60亿美元（1998年）。在共聚合物纳米粒子中装载亲水药物，是通过药物和表面大单体链的相互作用来实现的。例如，用鲑鱼的降血钙素(sCT)作为模型药物来检验这种相互作用。sCT是一种由32个氨基酸残基组成高度水溶性的肽，它的分子量约3430。阴离子型的纳米粒子PMAA呈现出最大的药物装载能力。这可能在PMAA链和sCT的阳离子基团之间存在静电相互作用。与阳离子型的PVAm、非离子型的PNVA以及PNIPAAm纳米粒子中装载cST进行比较，结果说明，sCT与载体间不仅有静电相互作用，而且存在其它相互作用，如cST和亲水的大单体链的氢键作用。sCT作为模型药物用来研究肽类药物的口服给药，其吸收可从低钙血症效应（只有完整形式的sCT肽才具有）来评价。在无麻醉的条件下，对药物有抗药性的兔子口服sCT和纳米粒子（包含未装载和装载sCT）混合物一夜后，测量兔子尾静脉血液中的钙离子浓度。口服肽水溶液后，血液中的钙离子浓度有一点减少。说明有少量完整的sCT通过GI吸收，而大量的sCT被蛋白酶降解，残留的少量完整的sCT的膜穿透能力较低。已有的研究工作发现，纳米粒子增强了sCT通过GI的吸收。这种增强效应受到纳米粒子表面的大单体的化学结构的影响。PNIPAAm纳米粒子可大大增加sCT的生物可利用率。表面有阴离子的PMAA或阳离子PVAm链的纳米粒子也能增加sCT的吸收。但是，PNVA则不能增加sCT的吸收。口服sCT和PNIPAAm纳米粒子混合物后，低血钙症效应只能保持4小时，且与纳米粒子的尺寸以及大单体的分子量无关。这些结果表明，sCT的吸收量不足以引起大的药物效应。有两种途径可增加sCT的吸收。一种途径是，优化sCT和PNIPAAm纳米粒子的服药时间安排，先将混合物剂量减半口服，４０分钟后再口服另一半，则PNIPAAm纳米粒子显著地增加sCT引起的低血钙症状，血液中钙离子的浓度减小量是口服同样一付全剂量混合物的3倍。另一种增加sCT吸收的途径，是优化纳米粒子的化学结构。PNIPAAm纳米粒子由于表面引入PVAm链而显著地增加sCT的吸收效应。血液中钙离子的减少量增加了３倍。张磊、平其能等人采用逆相蒸发-超声法，并通过改变油相容积与油/水比例，制备出了平均粒径为83nm、分散系数0.445的胰岛素纳米脂质体，包封率达78.5%。大鼠经灌胃给药后未能显示降血糖作用，但小肠给药后0.25hr血糖下降37.6%±13.9%；0.5hr血糖下降了89.3%±9.5%，维持50%左右降血糖水平2hr。而同法给予对照的胰岛素溶液、生理盐水和空白纳米脂质体组均无降血糖作用，可见纳米胰岛素脂质体可以保护胰岛素在小肠中的活性并促进胰岛素的吸收。目前，许多研究工作的重点是增加肽、蛋白类药物和疫苗抗原的吸收。P.Couvreur已经用动物模型，对聚氰基丙烯酸烷基酯衍生物纳米粒子能否增加口服胰岛素的吸收进行了研究。研究发现，聚丁基氰基丙烯酸酯纳米微囊包覆的胰岛素，经患糖尿病的兔子口服给药后，糖血症减低50-60%，而未包覆的胰岛素对糖血症没有影响。Y.Kawashima等人报道，美洲鳗的降血钙素，用表面覆盖有脱乙酰几丁质的聚D，L-丙交酯醣脂类纳米粒子作载体，在兔子的胃肠道中吸收能力增强。他们也研究了几丁质包覆的脂质体对胰岛素在兔子的肠道中吸收的影响，研究结果表明，这种脂质体装载的胰岛素，口服后能大大地降低血液中葡萄糖浓度。Sakuma研究小组证明，带有疏水骨架和亲水支链的接枝共聚合物纳米粒子，能增加兔子对鲑鱼的降血钙素的吸收。合理设计载体的化学结构，必须考虑药物的特性和载体所具有的动力学性质。新的化学物质常用来制备有前景的药物载体。例如，M.Saffran等人提出一种经结肠给药的体系，在这个体系中，肽类药物用偶氮芳香环基团交联的聚合物进行输送。用这些聚合物包覆的肽类药物受到保护,而免受胃肠道中酶的降解。由于偶氮键仅被结肠里的微生物酶切断，因而药物随后在大肠中释放。药物纳米化目前已出现了很好的产业前景。国际上已有许多有关药物颗粒纳米化技术的专利报道，例如：美国专利号US5500224（1996年），采用油/水乳液分散法制备技术，平均粒径为220～500nm；美国专利US5916586（1999）采用聚合物共混加工技术来制备蛋白质稳定化的药物活性组份纳米颗粒，其颗粒平均粒径为200nm以下；美国专利US4826689（1989）采用反溶剂沉淀法制备微米级药物颗粒，以及超临界反溶剂法制备纳米颗粒技术等。目前的研究大部分还处于实验室研究开发阶段，只有极少的的药物已做成纳米化胶囊（数百纳米尺度的直径）作为商品出售，如美国Nexstar公司近期商品化的脂质体纳米化胶囊药物1999年的销售额为2000万美元。在药物纳米化研发方面，还有值得一提的是，因为某些纳米材料的一些特殊的性质，在诊断试剂、核酸分子分离纯化，乃至某些具体的疾病治疗方法中具有重要的应用前景。例如，采用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。如目前发展了在同一个样品上可将纳米金标记与采用银或金增强的其它标记方法，如酶标记技术结合起来，并且可容易地区分两类不同类型的信号。再如，采用纳米金标记结合银增强以标记感兴趣的位点，以过氧化物酶/DAB标记第二位点。此外，A.Matsubara等人还开发出利用不同尺寸的纳米金属微粒进行双标记的技术。如果在免疫金及银增强之后采用四氧化锇，则可能造成对银的腐蚀-使得银颗粒的尺寸减小，或整个地去处它们。为避免这个问题，可以采取以下任何一个措施（1）降低锇的浓度；（2）在银增强之后采用金调节；（3）采用金增强剂以代替银。如果不使用乙酸双氧铀，不太会出现银腐蚀的问题。如果有这样的问题，R.W.Burry和其合作者发现采用0.1%OsO4代替其1%的量，可很好地解决这个问题。SiO2与Au纳米微粒在某些生物环境中具有明显的小尺寸效应，如Au纳米微粒能提高视黄醛薄膜的光电流和稳定性，SiO2与Au纳米微粒能提高葡萄糖氧化酶的活性及稳定性。唐芳琼等人利用纳米金属微粒的比表面积大、表面反应活性高、吸附能力强等优点，把纳米微粒引入到葡萄糖氧化酶（GOD）固定化研究中，发现纳米微粒可显著提高GOD酶电极响应灵敏度和使用寿命。亲水、憎水的纳米金微粒均具有很好的导电性，在GOD与电极间传递载流子。同时，憎水纳米微粒所携带的反胶束可以为GOD提供一个水溶性微环境，减少在引入高分子辅助酶基质时带入的极性有机溶剂的接触，提高固定化酶的催化活性。从纳米药物或药物载体的制备、优势与应用，作为医学诊疗的辅助制剂等发面的发展来看，进展是很大并且很快的，预示出诱人的工业化前景，以及必将为人类健康关怀事业作出巨大贡献。纳米科技对中药现代化的推进作用也逐渐为人们所认识，关键是如何在药物纳米化，以及发现纳米化所带来的新效应方面还亟待有所突破。一、纳米药学的产生及纳米药物的作用特点及机制1.纳米药学的产生与发展纳米粒子(Nanoparticle)也叫超微颗粒，一般是指在1～100nm间的粒子或微小结构，处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是一种典型人介观系统，与大颗粒固体相比，它具有一些独特的性质：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。20世纪80年代，国外学者首先发现当微胶囊粒径达纳米级时，会表现出一些独特的性质。当药物粒子以纳米微囊形式存在时，不仅能保护药物活性、降低药物毒性、提高药物的生物利用度，将其注射到静脉中不会引起毛细血管的堵塞，而且还具有一定肝脾等网状内皮系统靶向性。用于肌肉注射时，由于药粒小对注射部位的刺激也大大减小。当注射到人体特定部位可使药物集中在此部位发挥药效。此后，纳米载药系统的研究逐渐成为了药学研究的热点，近二十年来已取得了很大的进展。2.纳米药物的作用特点和机制使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并能直接利用原子和分子的排布制造具有特定功能的药物。化学结构虽是影响药物疗效决定因素，但不是唯一因素。药物制剂工艺也是非常重要的因素，随着剂型和给药途径不同，疗效差别很大。纳米药物使口服或局部用药代替静脉滴注给药成为可能，纳米粒的理化特性可以显著影响药物制剂工艺及质量，如混合均匀、分剂量准确性和可压性等。控释药(CRDDS)是通过物理、化学等方法改变制剂结构，使药物在预定时间内，自动按某一速度从剂型中恒速释放于靶器官或组织，并使药物较长时间维持在有效浓度内的一类制剂。CRDDS的一个重要发展方向是将药物粉末或溶液包埋在直径为纳级的微粒中，以纳米粒作为药物的载体，旨在进一步提高疗效，减少副作用。纳米粒表面的亲水性与亲脂性将影响纳米粒与调理蛋白吸附结合力的大小，从而影响到吞噬细胞对其的吞噬快慢。一般而言，纳米粒的表面亲脂性越大，则其对调理蛋白的结合力也越强。纳米粒用适当的表面活性剂包衣后，可跨越血脑屏障和向骨髓屏障，实现靶向脑和骨髓给药。此外，纳米粒表面修饰后脉管给药可降低肝内蓄积，减少首过效应，有利于非肝病变的治疗。纳米粒中加入磁性物质，通过外加磁场还可实现磁导向给药或治疗。如负载抗肿瘤药物如阿霉素的纳米粒，药效比常规阿霉素粉针剂疗效高10倍。将氟尿嘧啶(5-Fu)与硬酯