纳米药物晶体的制备技术研究进展

··中国医药工业杂志ChineseJournalofPharmaceuticals2010,41(2)134纳米技术(nanotechnology)与药学相结合，衍生出了纳米药物，即药物与辅料制成的粒径1～1000nm的载药粒子(如纳米粒、纳米脂质体、纳米乳)或纳米药物晶体(drugnanocrystals)。前者属基质骨架型或囊泡型纳米药物制剂，制备工艺复杂，载药量较低。后者研究始于20世纪末，药物仅借助少量表面活性剂或高分子材料的作用就可达到稳定分散的纳米状态，含药量可接近100％。作为一种制剂中间体，纳米药物晶体可进一步制成适于口服、注射或其它给药途径的制剂。纳米药物晶体的制备技术研究进展夏怡然，王健*，朱金屏，陈芳(上海医药工业研究院，药物制剂国家工程研究中心，上海201203)摘要：纳米药物晶体可解决多数难溶性药物的溶解度和溶出度问题，近年来成为难溶性药物给药系统研究的热点之一。本文着重综述了纳米药物晶体的制备技术，如沉淀法、分散法、乳化法和微乳化法、超临界流体结晶法等的研究进展。关键词：纳米晶体；制备；综述中图分类号：R944.9文献标志码：A文章编号：1001-8255(2010)02-0134-07收稿日期：2009-08-04基金项目：国家“重大新药创制”科技重大专项资助(编号2009ZX09310-003，2009ZX09301-007)作者简介：夏怡然(1984-)，女，硕士研究生，专业方向：纳米给药系统的研究。E-mail：[e-mail]通信联系人：王健(1967-)，男，副研究员，从事药物制剂研究。Tel：[phone]×8305E-mail：[e-mail]onTechniquesofDrugNanocrystalsXIAYiran,WANGJian*,ZHUJinpin,CHENfang(NationalPharmaceuticalEngineeringResearchCenter,ShanghaiInstituteofPharmaceuticalIndustry,Shanghai201203)ABSTRACT:Thesolubilityanddissolutionproblemsofthemajorityoftheslightlysolubledrugscanbeimprovedbypreparingdrugnanocrystals.Thereforedrugnanocrystalshavebecomeoneofthefocalpointsofdrugdeliverysystems.Basedonrecentliteraturesathomeandabroad,thispaperemphasizesontheprogressofthepreparationtechniquesofdrugnanocrystals,suchasprecipitationmethod,dispersionmethod,emulsificationandmicroemulsification,supercriticalfluidcrystallization,etc.KeyWords:drugnanocrystals;preparation;review纳米药物晶体可解决多数难溶性药物的溶解度和溶出度问题，提高其口服生物利用度，改善体内分布等[1]。近10年来，有关纳米药物晶体的研究得到国内外的广泛关注，并取得令人瞩目的成就，2001年至今FDA已批准多个相关产品上市。本文着重介绍纳米药物晶体制备技术的研究进展。1沉淀法沉淀法是在搅拌下将药物的良溶剂溶液加入到可混溶的不良溶剂中，药物过饱和析出，通过控制晶核形成和生长的速度可得到纳米尺寸的药物晶体。该法操作简单，成本低，制得粒子粒径小，分布窄。一些新技术和新工艺的应用，使沉淀法成为一种极具前景的纳米药物晶体制备技术。1.1超重力反溶剂沉淀技术Chen等[2]运用超重力反溶剂沉淀技术(high-gravityantisolventprecipitation，HGAP)制备了纳米级的头孢呋辛酯(cefuroximeaxetil)。头孢呋辛综述与专论中国医药工业杂志ChineseJournalofPharmaceuticals2010,41(2)··135酯的丙酮溶液和水相分别以10和200L/h的流速经两个液体分布器进入超重力旋转床，在438倍重力加速度条件下混合，在出水口收集混悬液，过滤，滤液减压干燥得纳米级粉末，平均粒径305nm，粒径分布范围100～400nm。HGAP技术使液体在超高重力加速度下以液滴、细线或薄膜的形态混合，减小了传质阻力，实现了高效的传质过程，传质能力比传统搅拌器提高了1～3个数量级，液体间的微观混合时间缩短到100µs，目前已广泛用于超细粉加工和纳米材料制备等诸多领域。1.2微流控反应器技术Ali等[3]运用微流控反应器(microfluidicreactor，见图1)制备了氢化可的松纳米晶体。药物的乙醇溶液和水分别以1、2.5ml/min的流速经内径为0.5mm的Y型通道汇流入公共通道，药物过饱和快速析出；获得的混悬液迅速置于含稳定剂的溶液中搅拌混合，可得到平均粒径500nm的药物晶体。影响晶体粒径的因素主要有液体流速、公共通道的内径和Y型通道的入口角(inletangle)。流体流速增加，在反应器内停留时间减少，晶体生长的趋势减缓，晶体粒径小；通道内径越小，扩散所需时间越少，晶体粒径越小；入口角小，流体碰撞引起的静水区域小，晶体的生长几率低，晶体粒径小。微流控反应器沉淀法操作简便可控，重复性好。微控流沉淀药物溶液反溶剂入口角内径成核与生长纳米微粒高速搅拌水(+稳定剂)过滤浓缩纳米混悬液图1微流控反应器示意图[3]1.3稳定剂的作用纳米晶体是高度分散的多相体系，拥有巨大的比表面积，需用稳定剂维持稳定性。稳定剂吸附于药物晶体的表面，一方面使疏水性药物的表面得到充分润湿，另一方面利用空间位阻避免粒子聚集。纳米粒子的稳定性取决于范德华力和静电斥力叠加后的总效应。粒子间距离越大，带电荷越多，稳定性越好。用于纳米药物晶体制备的稳定剂主要有表面活性剂和亲水性高分子材料，常用的非离子型稳定剂主要有泊洛沙姆、吐温、羟丙甲纤维素(HPMC)、羟丙纤维素(HPC)、聚乙烯醇(PVA)等；离子型稳定剂有十二烷基磺酸钠(SLS)、磷脂和胆酸衍生物等。两类稳定剂合用可产生协同作用，但某些稳定剂间会相互作用而引起聚集[4]。Douroumis等[5]用沉淀法制备卡马西平纳米药物晶体，考察了高分子材料的稳定作用，不加稳定剂时析出的药物结晶迅速变大，明胶、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和PVA的稳定效果较差，3％PVP维持稳定的时间小于5h；HPMC和甲基纤维素(MC)效果较好，两者浓度为2％时均可使10～20nm的药物晶体在1个月内保持稳定。这是因为纤维素醚类稳定剂结构中含有较多甲氧基和羟丙氧基，表面活性高，能较好地吸附在晶体表面，并与卡马西平形成氢键，阻止晶体生长，而PVP每个结构单元只有一个羰基可形成氢键。将PVP和HPMC合用时，由于PVP能破坏HPMC分子链间的氢键，并与之相互作用，在纳米药物晶体边界层聚集，利用空间位阻效应增强晶体稳定性。2分散法分散法(disperiontechnology)克服了沉淀法中药物必须溶于一种溶剂的限制，适用于在水相、有机相中均难溶的药物。分散法主要包括介质碾磨法和高压均质法两种。2.1介质碾磨法介质碾磨法是一类典型的湿法碾磨技术(wetmilling)，20世纪前期已广泛用于食品、化工、冶金等行业。20世纪90年代初，NanoSystem公司··中国医药工业杂志ChineseJournalofPharmaceuticals2010,41(2)136(现为Elan公司)首先申请专利，将介质碾磨法用于纳米药物晶体的制备，称之为“纳米晶体技术(NanoCrystaltechnology)”。应用该技术上市的产品有惠氏制药公司的强效免疫抑制剂西罗莫司(sirolimus)片剂、默克制药公司的化疗止吐药阿瑞吡坦(aprepitant)胶囊剂、雅培制药公司的非诺贝特和帕尔制药公司的甲地孕酮[6]。介质碾磨法的制备技术主要涉及碾磨机和碾磨介质。碾磨过程是将分散有药物粉末的液体与一定量碾磨介质置于封闭的碾磨室中，碾磨杆带动桨片高速转动，使药物粒子之间、药物粒子与碾磨介质及器壁之间发生持续的强烈撞击，从而制得纳米粒子。影响碾磨效果的因素除药物性质、稳定剂种类和用量外，还有接触点(contactpoint)数目和应力强度(stressintensity)等因素。碾磨介质按材料不同可分为玻璃珠、陶瓷珠(铈或钇稳定的氧化锆)、不锈钢珠和高交联度聚苯乙烯树脂包衣小球等。碾磨介质的粒径和用量对碾磨效果影响较大，通常采用粒径数百微米到数毫米不等的球形珠，用量约占整个碾磨室体积的2/3。研磨过程多采用循环模式，即初次碾磨后大颗粒药物和碾磨介质被截留在碾磨室，通过滤网的小粒子药物进入再循环室进行新一轮碾磨，直到粒径符合要求。碾磨介质粒径越小，同等重量下数量和接触点越多，碰撞频率越高，碾磨效果越好。一般最终得到的药物粒子粒径与碾磨介质的粒径直接相关，约为后者的1/1000，即若碾磨珠粒径200µm，所得产物的平均粒径约为200nm[7]。转速是碾磨机的重要参数之一，决定着整个体系的动能。转速越高，粒子运动越快，则碾磨效率越高。通常碾磨机中心杆转速达每分钟上千转，液面的圆周线速度为5～15m/s[8]。当介质粒径小于100µm时，介质间隙起着过滤作用，将大粒子截留并打碎，因此能在低于4m/s的圆周线速度下同样得到小粒径的粒子，这种改进的技术被称为柔和分散(milddispersion)。该法采用极小粒径的碾磨介质，利用多重柔和碰撞(multiplemildcontacts)代替单次强烈碰撞，在不降低效率的前提下使碾磨过程更温和[7]。此外，对于热不稳定药物，碾磨室内需装配冷却系统，防止碾磨时温度升高影响药物的稳定性。碾磨分散过程涉及晶体的破裂、稳定剂在药物表面的吸附和解吸附、药物的溶解和重结晶、粒子的聚集和分散以及高分子胶束的形成等一系列复杂过程，需要设计周详的实验条件和参数，否则难以获得稳定性良好的纳米晶体。如某些高分子稳定剂的加入会增加碾磨体系的黏性，并在循环过程中堵塞滤网；一些玻璃珠属于碱石灰系列，不适于pH敏感型药物。Ain-Ai等[9]用碾磨法制备萘普生纳米晶体，当药物浓度为100mg/ml时，采用1％HPC可制得粒径约400nm的药物晶体，而1.2％(w/v)的盐酸精氨酸不能提供足够的稳定作用。当药物浓度提高到300mg/ml，1％HPC与1.2％盐酸精氨酸合用或4％HPC才能制得稳定的纳米药物晶体。Lee等[10]考察了5种稳定剂(HPC、PVP、泊洛沙姆407、泊洛沙姆188、PEG80000)的作用，结果表明泊洛沙姆对药物粒子的吸附作用比PEG更强，能阻止粒子聚集。泊洛沙姆188的稳定作用优于泊洛沙姆407，这可能与前者分子量小有关。介质碾磨法制备过程简单，适用于水相和有机相均不溶的药物，产物粒径可控，重现性好，易于放大生产。但介质的磨损残留是该法的一大缺陷，通常不适于注射途径给药及用于治疗慢性疾病的药物。Elan公司的纳米晶体技术采用高交联度聚苯乙烯树脂作为碾磨介质，残留单体小于5×10-8，生产过程中带入的不溶性杂质小于5×10-5[11]。此外，随着柔和分散技术的应用，碾磨过程可在较短时间和较温和条件下进行，也能有效减少或避免污染。2.2高压均质法2.2.1高压均质法分类高压均质法根据均质原理分为微射流法、超音速液体流法及活塞-裂隙(piston-gap)均质法。微射流法是用气流将药物混悬液加速通过特别设计的管腔，经多次改变方向，使药物粒径减小。该法效率不高，循环需多达50～100次，常得到中国医药工业杂志ChineseJo